Wychwyt i zagospodarowanie dwutlenku węgla jako elementy dekarbonizacji energetyki i przemysłu – stan wiedzy i perspektywy rozwoju

• Autorzy: Czekalski Rafał , Kochaniewicz Andrzej

Warianty tytułu

EN

Carbon capture and management as elements of decarbonization of the power sector and industry – state of the art and development prospects

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono aktualny stan wiedzy w zakresie problematyki wychwytu oraz zagospodarowania dwutlenku węgla. W pierwszej części skupiono się na przeglądzie dostępnych metod wychwytu CO₂ oraz zwrócono uwagę na metody, które mają największe szanse na komercyjne wdrożenie w przemyśle cementowym, rafineryjnym, hutniczym, papierniczym oraz energetyce. Wykonano obliczenia modelowe w celu określenia wpływu instalacji wychwytu CO₂ na wskaźniki pracy bloku na przykładzie bloku gazowo-parowego klasy 600 MW. Analiza integracji wychwytu CO₂ z blokiem gazowo-parowym miała na celu określenie energochłonności procesu i wpływu na wskaźniki energetyczne bloku. Uzyskane wyniki obliczeń porównano z wynikami podobnych analiz (różnych bloków energetycznych zasilanych paliwami kopalnymi) dostępnymi w publikacjach naukowych. Dla analizowanego modelu bloku gazowo-parowego zintegrowanego z wychwytem CO₂ dokonano próby oszacowania nakładów inwestycyjnych na budowę instalacji CCS (bez uwzględnienia kosztów transportu CO₂ oraz kosztów zmiennych). W drugiej części artykułu przedstawiono kwestię zagospodarowania CO₂. W tym kontekście rozpatrywane były dwie opcje, tj. zatłaczanie pod ziemię (geologiczne składowanie) oraz utylizacja poprzez konwersję w inny wartościowy produkt. W końcowej części artykułu skupiono się na najistotniejszych barierach dla rozwoju wychwytu i utylizacji CO₂, która wynika przede wszystkim z braku precyzyjnych regulacji prawnych, bardzo wysokich kosztów ekonomicznych oraz ograniczeń o charakterze technicznym.

EN

The article presents the state of the art in carbon capture and management. The first part of the article includes a review of available carbon capture technologies and highlights methods that have the greatest chance of commercial application in cement, refining, iron and steel, paper and power industries. The article presents model calculations made to assess the impact of the carbon capture facility on performance indicators of power units using the example of a 600 MW CCGT unit. The integration of CO₂ capture with the CCGT unit is analyzed to determine energy consumption of the process and its impact on energy indicators of the unit. The calculation results are compared with the results of similar analysis (of different fossil fuel-fired power units) available in scientific publications. An attempt is made to estimate capital expenditures for construction of the CCS facility (excluding CO₂ transport costs and variable costs) for the analyzed model of the CCGT unit integrated with CO₂ capture. The second part of the article presents issues related to carbon management. In this context, two options are considered, i.e., underground injection (geological storage) and conversion into another valuable product. The final part of the article focuses on the most significant barriers to development of carbon capture and utilization, resulting mainly from the lack of precise legal regulations, very high economic costs and technical constraints.

Słowa kluczowe

PL

instalacja CCS; CCS; sekwestracja dwutlenku węgla; proces CCU; CCU; technologia wychwytywania i utylizacji dwutlenku węgla; instalacja wychwytywania; dwutlenek węgla; dekarbonizacja; zagospodarowanie dwutlenku węgla

EN

installation CCS; CCS; Carbon Capture and Storage; CCU process; CCU; Carbon Capture and Utilization; carbon capture facility; decarbonization; carbon management

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 2
• Strony: 59--67
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czekalski Rafał

• "Energopomiar" Sp. z o.o.

autor

Kochaniewicz Andrzej

• "Energopomiar" Spółka z o.o.

Bibliografia

• [1] IPCC, 2005: IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, Prepared by Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Metz, B., O. Davidson, H.C. de Coninck, M. Loos, and L.A. Meyer (eds.)], Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 442 pp.
• [2] Geologiczna sekwestracja CO2 https://skladowanie.pgi.gov.pl/twi-ki/bin/view/CO2/GeologiaSekwestracyjna [dostęp: 19.01.2023].
• [3] Rakowski J., Czy elektrownie węglowe będą w stanie ograniczyć emisję CO2? , „Energetyka" 2006, nr 3.
• [4] Gładysz P. i in., Rola technologii wychwytu, transportu, utylizacji i składowania CO2 w drodze do osiągnięcia neutralności klimatycznej, „Nowa Energia" 2021, nr 3.
• [5] Skorek-Osikowska A., Ocena wpływu wybranych wielkości na przebiegu procesu wychwytu dwutlenku węgla z układów energetycznych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2016.
• [6] THERMOFLEX8 Fully-Flexible Heat Balance Engineering Software, Thermoflow Inc., 1987-2023, Jacksonville USA.
• [7] Zuwała J., Babiarz M., Ściążko M., Zintegrowany układ oxyspalania i zgazowania węgla, „Rynek Energii" 2011, nr 3.
• [8] Gąsiorowska E., Piekacz J., Wychwytywanie i składowanie CO2 - doświadczenia praktyczne, „Czysta Energia" 2009, nr 3.
• [9] Kotowicz J., Brzęczek M., Job M., Kierunki rozwoju nowoczesnych elektrowni gazowo-parowych z instalacją wychwytu i sprężania CO2, „Energetyka" 2017, nr 11.
• [10] Remiorz L., Brzęczek M., Wpływ instalacji CCS na sprawność układów gazowo-parowych, „Rynek Energii" 2013, nr 3.
• [11] Instalacja Demonstracyjna CCS zintegrowana z nowym blokiem 858 MW - prezentacja, PGE Elektrownia Bełchatów S.A. Bełchatów, czerwiec 2010.
• [12] (opr. red.) O czystych technologiach węglowych w Łodzi, „Energia Gigawat" nr 4, 2009.
• [13] CCS - wychwytywanie i składowanie CO2, Krajowy Program Rozpoznanie formacji i struktur do bezpiecznego geologicznego składowania CO2 wraz z ich programem monitorowania, Państwowy Instytut Geologiczny, Państwowy Instytut Badawczy http://skladowanie.pgi.gov.pl/twiki/pub/CO2/WebHome/ulotka-_o_CCS.pdf [dostęp: 01.06.2023].
• [14] Nowak W. i in., Technologie wychwytu, magazynowania, składowania i wykorzystania CO2 w celach gospodarczych, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, XXXV Konferencja Zagrożenia dla bezpieczeństwa energetycznego Polski i UE, Zakopane 2022.
• [15] Parfomak P.W., Carbon Dioxide (CO) Pipeline Development: Federal Initiatives, Congressional Research Service, czerwiec 2023.
• [16] Moser P., RWE Power AG - RWE Power's Coal Innovation Centre at Niederaussem, Germany, UNECE, 20-21.10.2014, Geneva, https://unece.org/fileadmin/DAM/energy/se/pp/ces/ ge10_ws_oct2014/14_Moser.pdf [dostęp: 10.07.2023].
• [17] Goldman Sachs, Carbonomics - Innovation, Deflation and Affordable Decarbonization, 2020.
• [18] Bowker M., Methanol Synthesis from CO2 Hydrogenation, „ChemCatChem" 2019, nr 11.
• [19] EU adopts landmark ETS reforms and new policies to meet 2030 target, https://icapcarbonaction.com/en/news/eu-adopts-landmark-ets-reforms-and-new-policies-meet-2030-target [dostęp: 10.07.2023].
• [20] Ciepiela D., Cementownie w walce z CO2 wdrożą nową technologię, https://www.wnp.pl/budownictwo/cementownie-w-walce-z-co2-wdroza-nowa-technologie,670066.html, 26.01.2023 [dostęp: 10.07.2023].
• [21] Krajowa elektroenergetyka w perspektywie 2050 r, Agencja Rynku Energii 2022.
• [22] Świsłowski K., Orlen zaoferuje magazynowanie CO2. Jest wstępna umowa z Norwegami, https://www.green-news. pl/3643-orlen-horisont-energi-magazynowanie-wychwyt-co2 [dostęp: 19.01.2024].
• [23] Global status of CCS 2022, https://status22.globalccsinstitute.com/wp-content/uploads/2023/03/GCCSI_Global-Report-2022_PDF_FINAL-01-03-23.pdf [dostęp: 19.01.2024].
• [24] Strona internetowa projektu „Strategia rozwoju technologii wychwytu, transportu, utylizacji i składowania CO2 w Polsce oraz pilotaż Polskiego Klastra CCUS", https://ccus.pl/o-projekcie/ [dostęp: 19.01.2024].
• [25] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2023/959 z dnia 10 maja 2023 r. zmieniająca dyrektywę 2003/87/WE ustanawiającą system handlu przydziałami emisji gazów cieplarnianych w Unii oraz decyzję (UE) 2015/1814 w sprawie ustanowienia i funkcjonowania rezerwy stabilności rynkowej dla unijnego systemu handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych, Dz. U. UE L 130/134.
• [26] Obwieszczenie Marszałka Sejmu Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 27 stycznia 2023 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu ustawy - Prawo geologiczne i górnicze, Dz. U. 2023 poz. 633.
• [27] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 października 2015 r. w sprawie zabezpieczenia finansowego i zabezpieczenia środków związanych z podziemnym składowaniem dwutlenku węgla, Dz.U. 2015 poz. 2144.
• [28] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/31/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie geologicznego składowania dwutlenku węgla oraz zmieniająca dyrektywę Rady 85/337/EWG, Euratom, dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2000/60/WE, 2001/80/WE, 2004/35/WE, 2006/12/WE, 2008/1/WE i rozporządzenie (WE) nr 1013/2006, Dz. U. UE L 140/114.
• [29] Dyrektywa 2003/87/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 13 października 2003 r. ustanawiająca system handlu przydziałami emisji gazów cieplarnianych we Wspólnocie oraz zmieniająca dyrektywę Rady 96/61A/VE, Dz. U. UE L 275/32.
• [30] Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. - Prawo energetyczne, Dz. U. 1997 nr 54, poz. 348 ze zm.