Giuseppe Girardi ENEA Impiego sostenibile dei combustibili fossili IL CONFINAMENTO GEOLOGICO DELLA...

Giuseppe Girardi ENEA Impiego sostenibile dei combustibili fossili SOTACARBO vicePresidente [email protected] SOSTENIBILITA’

AMBIENTALE COMPETITIVITA’

SICUREZZA DI APPROVVIGIONAMENTO

SVILUPPO

TRIESTE 26 SETTEMBRE 2014

IL CONFINAMENTO GEOLOGICO DELLA CO2

SOTACARBO

CO2 TECHNOLOGY CENTRE - SULCIS

IL POLO TECNOLOGICO DEL SULCIS

EQUITA’ SOCIALE

Strategia Energe=ca Nazionale (SEN): priorità SOTACARBO


Ricerca e Sviluppo nel seHore della Energia

1 Efficienza energe=ca

2 Sviluppo del mercato compe==vo e Hub del gas sud europeo

3 Sviluppo sostenibile delle Energie rinnovabili

4 Sviluppo delle infrastruCure e del mercato eleCrico

5 RistruHurazione della raffinazione e della rete di distribuzione dei carburan=

6 Produzione sostenibile di idrocarburi nazionali

7 Modernizzazione del sistema di governance -‐

CCS TRIESTE NEXT -‐ Il confinamento geologico della CO2 -‐ il Polo Tecnologico del Sulcis Trieste, 26 SeHembre 2014 2

Italian Centre of Excellence on CCS and Clean Energy

Centri di ricerca dell’ENEA e SOTACARBO SOTACARBO


TRIESTE NEXT -‐ Il confinamento geologico della CO2 -‐ il Polo Tecnologico del Sulcis Trieste, 26 SeHembre 2014 3

●  Carbon Sequestra=on leadership Forum (CSLF)

●  Bilateral Agreements Italy-‐USA, China, UK, … (CCT and CCS)

●  IEA: Working Party on fossil fuels, Implemen=ng Agreements

●  Global Carbon Capture and Storage Ins=tute (GCCSI)

●  In the European context: ➨  European technological Plaaorm ZEP ➨  SET Plan: European Energy Research Alliance EERA ➨  SET Plan: European Industrial Ini=a=ves ➨  Coal&Steel CommiHee COSCO) – research fund for coal and steel ➨  FP7: ECCSEL Project, for CCS european laboratory

other projects: capture, storage

Cooperazioni internazionali SOTACARBO



Transizione del sistema energe=co SOTACARBO


RIDUZIONE DELLE EMISSIONI CO2 E DELL’USO DI FONTI FOSSILI

➠  EFFICIENZA ➠  RINNOVABILI ➠  TRANSIZIONE -‐ Impiego sostenibile dei fossili

q  Tecnologie HELE e CCS: carbone, processi industriali, gas o  Nuovi combusRbili e chemicals

q  Integrazione: maggiore efficienza

q  TEMPI: Siamo già in ritardo -‐ strategia e roadmap UE

q  COOPERAZIONE

q  COSTI: Sicuramente più bassi di quelli che s=amo già sostenendo per rimediare alle conseguenze delle alterazioni della composizione dell’atmosfera

q  RISCHI/OPPORTUNITÀ: Ambiente, compe==vità, occupazione


Europa: la roadmap al 2050 Comunicazione Energy roadmap 2050 SOTACARBO


q  Il passaggio a una economia europea a basse emissioni di carbonio entro il 2050 (riduzione da 80 a 85% di gas serra rispeHo al 1990) è un obielvo tecnicamente ed economicamente falbile: richiede una quasi totale decarbonizzazione dei processi di generazione eleHrica.

q  Diversi scenari -‐ diversa combinazione degli elemen= chiave : Ø  efficienza energe=ca Ø  fon= rinnovabili Ø  nucleare, Ø  caHura e stoccaggio della CO2

q  Opportunità per accrescere compeRRvità e sicurezza energeRca a livello europeo.

q  Gli invesRmenR saranno ampiamente ripagaR: crescita economica, occupazione, certezza degli approvvigionamenR energeRci e minori cosR dei combusRbili

ENERGY ROADMAP

2050

2030 GREEN PAPER

Proposals for the 2030 framework for climate and energy policies

2011 Marzo 2013 Entro la fine del 2013


q  Sos=tuzione di olio e carbone con gas nel breve/medio periodo

q  Mercato del gas: shale gas e LNG

q  Impian= termoeleHrici a gas: minori cos$ di inves=mento e più flessibilità

q  Se le tecnologie CCS saranno disponibili ed applicate su larga scala, potranno essere applicate anche agli impianR a gas

q  Le tecnologie CCS devono poter essere applicabili a parRre dal 2030 nel seCore termoeleCrico per poter raggiungere i target di emissioni.

q  Sono cruciali per altri seHori industriali (cemento, siderurgia, petrolchimica). Il futuro delle CCS dipende fortemente da due faHori: Ø  AcceHazione Ø  Prezzi del carbonio adegua= Dimostrare le CCS su scala industriale per iniziare ad impiegarle dal 2030

v  Nucleare: rimane importante per la UE, anche se con posizioni diversificate v  I cos= crescono (sicurezza, decommissioning, ges=one dei rifiu=) v  Guardando al 2050, sarà più chiaro il ruolo della fusione

Europa: la roadmap al 2050 Comunicazione Energy roadmap 2050 SOTACARBO



In Italia SOTACARBO


q  E’ in corso una colossale compeRzione sulle tecnologie energeRche, che condizionerà il sistema industriale dei principali Paesi

q  Guardare i trend internazionali considerando pun= di forza e debolezza del nostro sistema industriale, individuando i seHori strategici, e dotandoci di “strumen=”

q  Non possiamo permeHerci che – dopo la decrescita (infelice) di mol= seHori industriali -‐ chimico, automobilis=co, siderurgico, ecc.. -‐ anche quello dell’impianRsRca energeRca segua la stessa fine

q  Una tale concentrazione di conoscenze, capacità di progeHazione e ingegneria, e capacità di esercizio accumulate in decenni si può perdere in pochissimo tempo, se si perde il treno dell’innovazione (che passa ora)

Grande progeCo di innovazione industriale: Polo tecnologico del Sulcis ccTRIESTE NEXT -‐ Il confinamento geologico della CO2 -‐ il Polo Tecnologico del Sulcis Trieste, 26 SeHembre 2014 8

funded by the Italian NaRonal Government and the Regional Government of Sardinia

CO2 Technology Centre of Sulcis (TCS) for zero emission – clean energy, based at Sotacarbo research centre

already exis=ng and opera=ng for several years in Sulcis area of Sardinia

u  focused on two main programs:

R&D ACTIVITIES AND PILOT TESTS: ²  ten year R&D program concerning development of new CCS

systems, including CO2 use ²  50 MWth pressurized oxy-‐combus=on pilot plant: to be

realized and tested by middle 2017

DEMONSTRATION ON FULL SCALE COAL POWER PLANT

Programma italiano sulle CCS SOTACARBO



Carbonia

Portovesme

Sulcis area

Sardinia Italy

SOTACARBO


SULCIS


TCS: CO2 Technology Centre Sulcis per emissioni zero di CO2 – energia pulita

u  Sviluppo e dimostrazione tecnologia italiana u  Realizzare in Sardegna le infrastruHure per la

realizzazione dei componen= dei nuovi impian=

Impianto pilota oxycomb (50 MWth)

u  CaraHerizzazione del sito per lo stoccaggio u  Iniezione in acquiferi salini u  Iniezione in star= di carbone con estrazione CH4

Stoccaggio geologico della CO2

Impianto a carbone 350 MWe con sitema dimostra=vo per CCS da 80 MWe (equivalen=)

R/D -‐ Pilota

Pilota -‐ Demo

Pilota -‐ Demo

Demo (oxycomb?)

Summer School Prima edizione: Luglio 2013

Formazione e Partecipazione dei ciCadini

u  Generazione eleHrica da carbone e fossili u  Produzione di nuovi combus=bili u  Integrazione – Rinnovabili (es.: CSP e Biomasse)

Sviluppo tecnologie “zero emission”

u  Formazione specialis=ca -‐ master u  Turismo scien=fico u  Apertura alla socità: informazione e dialogo

SOTACARBO



TCS: CO2 Technology Centre Sulcis per emissioni zero di CO2 – energia pulita

Sulcis Centre of excellence – CCS and Clean Energy: q  RealizaRon of a 50 MWth pressurized-‐oxyfuel pilot plant

Ø  End of tests: middle 2017 Ø  Public funds: 30 M€

q  10 years R&D programme on advanced coal and CCS (+ efficiency and renewables) Ø  MISE: 3 M€ /y for 10 years Ø  Sardinia Region: 9 M€ for the first 3 years; others in the future

o  Oxycombus=on o  Other capture technologies, for coal & biomass plants, and industrial processes; o  CO2 storage: site realiza=on and characteriza=on -‐ first step: end of 2016

350 MWe power plant with CCS Ø  Star=ng: by 2017

Ø  IncenRve for covering CCS extra costs: 30 €/MWh; maximum: 2.100 GWh/y 60 M€/y = 1.2 Billion € in 20 years

Programma italiano sulle CCS Accordo fra MISE e Regione Sardegna – Agosto 2013

SOTACARBO



OX OX FIRST 3

YEAR R&D PROGRAM

2014 2016 2017

TEN YEAR R&D + PILOT PROGRAMME -‐ R&D on capture -‐ Storage site characterizaRon, small scale Pilot -‐ Large scale Pilot: pressurized Oxy

OXY PILOT DEMO PLANT

coal mine

electrical energy

ash

imported coal

1-‐2 Mt CO2 /y

Coal fields (?)

AQUIFERS

TCS: programma pluriennale: R&D, infrastruHure pilota, impianto demo:

coal basin

R&D -‐ conRnue

SOTACARBO



Coal-‐to-‐liquids pilot plant Test rig for indirect coal liquefac=on (liquid fuels produc=on from coal) First 3 years overall cost: 2.5 M€

Lab&Pilot-‐scale pre and post-‐combusRon CO2 capture tests Tests on CO2 capture from flue gas or syngas from coal/biomass gasifica=on in the Sotacarbo labs and research infrastructures First 3 years overall cost: 3.7 M€

Power generaRon from biomass gasificaRon (with CO2 capture)

First 3 years overall cost: 4.7 M€

Biomass gasifica=on demo plant for the development of small scale CO2-‐ free commercial units

started on Jan. 2014: Five main projects -‐ 48 M€ + funds for wells drilling

SOTACARBO



TCS: programma dei primi 3 anni

Pressurized oxy-‐combusRon pilot plant Development of an advanced pressurized oxy-‐combus=on technology in a 50 MWth pilot plant First 3 years overall cost: 32.4 M€

CO2 storage Characteriza=on of the Sulcis coal basin; underground laboratory to perform CO2 storage tests (in aquifers and ECBM) First 3 years overall cost: 4.7 M€ + funds for drilling of wells

started on Jan. 2014: Five main projects -‐ 48 M€ + funds for wells drilling

Italian Government Sardinian Regional AdministraRon

TCS: programma dei primi 3 anni SOTACARBO


Fundings: 30 + 18 M€


Carbonia

Cagliari

Portovesme

Sulcis coal ulUmate analysis

Carbon 53.17

Hydrogen 3.89

Nitrogen 1.29

Sulphur 5.98

Oxygen 6.75

Chlorine 0.10

Moisture 11.51

Ash 17.31

LHV (MJ/kg) 20.83

The Sulcis coal basin

-‐ onshore extension: ~250 km2

-‐ offshore extension: ~250 km2

The es=mate reserves into the Sulcis basin amount to more than 1000 Mt of sub-‐bituminous coal

SOTACARBO



TCS: storage della CO2

Sotacarbo: requested area for research and demonstraRon

Carbosulcis Mining area “Monte Sinni”

TCS: area per lo storage della CO2 (nuova richiesta– Sotacarbo)

SOTACARBO



aquifer

caprock

caprock

Power plant

CO2

CO2 Capture

CH4

CH4 ExtracRon

CH4

CH4 ExtracRon coal layers

! Favourable geology; non-‐seismic area ! Good acceptance due to exis=ng “coal culture”

Storage in aquifers and ECBM (to be verified)

!best site for European Research and demonstra=on on CO2 storage

TCS: storage della CO2 SOTACARBO



TCS: preceden= alvità sullo storage di CO2 SOTACARBO



1. ATTIVITA’ PRELIMINARI (2004): analisi di ECBM e iniezione in acquiferi profondi q  Primi studi nel 2005, condol da Sotacarbo e INGV. q  I promeHen= risulta= sono sta= poi analizza= dal TNO (Olandese). q  I risulta= incoraggian= dello studio preliminare hanno spinto nel 2008 a richiedere ed

oHenere (CARBOSULCIS) un Permesso di Ricerca dalla Regione Autonoma della Sardegna per avviare l'esplorazione e realizzare una valutazione di deHaglio sulla falbilità di stoccaggio di CO2 .

2. ProgeCo Regione Sardegna su test in campo per ECBM (Carbosulcis, con Sotacarbo) q  studi commissiona= a Carbosulcis e Sotacarbo q  Inizio perforazione pozzi da parte di Carbosulcis

3. PROGRAMMA DI STUDIO E QUALIFICAZIONE DELL’AREA DEL SULCIS – 3 linee: q  studio commissionato da Carbosulcis a 5 en= di CO2GeoNet coordina= da OGS q  collaborazione di Carbosulcis e Sotacarbo con il Consorzio Interuniversitario Nazionale

per l'Ingegneria delle Georisorse (CINIGeo) -‐ Università di Cagliari -‐ e RSE q  Collaborazione di ENEA con UNI La Sapienza, in accordo con Carbosulcis e Sotacarbo,

su RETE DI MONITORAGGIO

SOTACARBO


OGS

q  Riprocessamento dei da= acquisi= in preceden= alvità

q  Analisi delle potenzialità di stoccaggio e definizione programma di qualificazione del sito

q  Modelling e simulazioni numeriche


TCS: alvità sullo storage di CO2

SOTACARBO


Università di Roma “La Sapienza” has started monitoring geochemical ac=vi=es through the installa=on of units for the acquisi=on of the free and/or dissolved CO2 data for the characteriza=on of the baseline and the iden=fica=on of potenRal preferenRal pathways for migra=on endogenous gas.



SOTACARBO


Università di Cagliari e RSE: petrophysical characteriza=on of the rock samples and the numerical simula=on of short, medium and long term fluid dynamics (100 years a~er the start of the injec=on phase) for the evalua=on of the diffusion of CO2 plume.

PETROPHYSICS (texture, porosity,

permeability, density)

Mercury Intrusion Porosimetry

Scanning Electronic Microscopy (SEM)

OpRcal thin secRon



Current partners

Università degli Studi di Cagliari

Site Characteriz.

Explora=on wells

Injec=on tests

year 1 year 2 year 3

v  Modeling, tes=ng and small pilot injec=on for building the demo storage v  monitoring network and risk analysis v  informa=on and dialogue for public acceptance

TCS: storage della CO2 programma dei primi 3 anni

SOTACARBO



XXXIV Meeting of the italian Section of the Combustion Institute

Thanks a lot for your attention

Giuseppe Girardi [email protected]

IL POLO TECNOLOGICO DEL SULCIS

TCS: CO2 Technology Centre Sulcis for zero emission – clean energy

q  CCS non solo per il carbone: gas e processi industriali q  WWF: sì alle CCS, per I processi industriali (CSLF, Perth 2012) q  Ricerca collegata a innovazione: servono progel pilota e dimostra=vi q  Opportunità: mercato globale dell’impian=s=ca energe=ca

Strategia Energe=ca Nazionale (SEN): Priorità di ricerca SOTACARBO



OxycombusUon: pilot 50 MWth – 10 bar pressure to be realized in Sulcis area

TCS: New Oxy large scale Pilot Plant SOTACARBO


q  A medium scale oxy pilot sta=on -‐ 5 MWth ISOTHERM® -‐ has been realized several years ago by ITEA (Gioia del Colle, Italy) in coopera=on with ENEA

q  Tests have been already carried out (ITEA – ENEL – ENEA) q  Main results evaluated in coopera=on with M.I.T.


TCS: Educa=on and Knowledge Summer School

SOTACARBO


Technical working group mee=ng on CSS -‐ September 30th October 2nd 2014 -‐ Washington (DC) , Morganton (VW), Decatur (IL) 27

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