Un futuro a basse emissioni di carbonio; strategie per la mitigazione dei cambiamenti climatici - Alberto Varone (CRS4)
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L'intervento di Alberto Varone (CRS4) in occasione dell'evento "La cattura dell’anidride carbonica ed il suo utilizzo: tecnologie ed economia per una transizione energetica sostenibile" che si è tenuto a Cagliari il 15 aprile 2019.
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- 1. La cattura dell’anidride carbonica ed il suo utilizzo: Tecnologia ed economia per una transizione energetica sostenibile Chair: Alberto Varone, CRS4 Alessandro Bianchi, managing director of NE Nomisma Alessandra Monero, head of R&D and opportunities at RINA Consulting Alberto Pettinau, scientific director of Sotacarbo Vito Pignatelli, head of ENEA's Biomass and Biotechnology for Energy laboratory
- 2. 406.29 CO2 trend over the centuries Il progetto complesso Reti intelligenti per una gestione efficiente dell’energia POR FESR Sardegna 2014-2020 - Azione 1.2.2 Azione 1 – Animazione (seminari, convegni, corsi di formazione) Azione 2 – Programma di Ricerca & Sviluppo per imprese Azione 3 – Microrete della sede di Macchiareddu Azione 4 – Analisi di una Smart Grid a livello comunale
- 3. 406.29 CO2 trend over the centuries CCU Carbon Capture and Utilization La CO2 da problema a risorsa Alberto Varone Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 4. Sommario • CCU Carbon Capture, Utilization: Scenari e tecnologie • Dall’anidride carbonica ai combustibili sintetici • La transizione energetica • L’economia dell’anidride carbonica • La piattaforma energie rinnovabili di Macchiareddu • Conclusioni Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 5. 406.29 CO2 trend over the centuries 411.97 ppm La CO2 nell’atmosfera Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 6. 406.29 CO2 ppm in the atmosphere CO2 trend over the centuries CO2 ppm in the atmosphere La CO2 da problema a risorsa Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 7. L’anidride carbonica, e cioè la forma aerea del carbonio di cui abbiamo finora parlato: questo gas che costituisce la materia prima della vita, la scorta permanente a cui tutto ciò che cresce attinge, e il destino ultimo di ogni carne, non è uno dei componenti principali dell’aria, bensì un rimasuglio ridicolo, un impurezza, trenta volte meno abbondante dell’Argon di cui nessuno se ne accorge. … l’uomo non ha cercato finora di competere con la natura su questo terreno, e cioè non si è sforzato di attingere dall’anidride carbonica dell’aria il carbonio che gli è necessario per nutrirsi, per vestirsi, per riscaldarsi e per i cento altri bisogni più sofisticati della vita moderna. Primo Levi Il sistema periodico 1975 La CO2 come risorsa Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 8. Carbon Capture Utilization and Storage Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019 Con le tecnologie CCUS (Carbon Capture Use and Storage) è possibile ridurre l’emissione di CO2 nell’atmosfera, “catturandola” negli impianti in cui essa viene prodotta. Dopo la cattura, la CO2 può essere utilizzata CCU O confinata in formazioni geologiche profonde CCS Le tecnologie di riutilizzo dell’anidride carbonica attraverso la sua conversione possono classificarsi nelle seguenti categorie: • Produzione di combustibili • Produzione di materiali • Mineralizzazione • Produzione di reagenti chimici
- 9. 406.29 CO2 ppm in the atmosphere CO2 trend over the centuries CO2 ppm in the atmosphere CO2 trend over the centuries Nel libro L’Economia del Metanolo®, G. Olah Nobel Laureate 1994, propone un modello in cui il Carbonio segue un percorso ciclico Alla base del suo ciclo Olah mette il metanolo, ma il modello è valido per qualsiasi combustibile sintetico. CH3OH -> CH4 -> Benzine Il Ciclo del Carbonio Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 10. Carbon Capture and Utilization 1. La CCU è proposta come alternativa sostenibile a CCS (Carbon Capture and Storage) e come alternativa più pratica, ad esempio, agli scenari di "economia dell'idrogeno" 2. Il Syn-gas ed i carburanti derivati i come metano (CH4), metanolo (CH3OH), dimetil etere (DME) e idrocarburi liquidi rappresentano sostitutivi vettori finali di energia e materie prime che potrebbero contribuire a ridurre le emissioni di CO2 soddisfacendo al contempo la domanda di energia 3. Tecnologie di cattura e trasformazione del carbonio, fonti di energia rinnovabile e processi di sintesi sono gli elementi chiave per questo scenario Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 11. • Ridurre la quantità totale di emissioni di CO2 antropogeniche Le emissioni di CO2 derivate dalla produzione industriale, energetica e termica potrebbero essere parzialmente catturate, riducendo la quantità netta immessa nell'atmosfera • Aumentare l'uso di elettricità rinnovabile I combustibili liquidi e gassosi potrebbero essere utilizzati come deposito di produzione intermittente • Ridurre lo sfruttamento e l'importazione di combustibili fossili I combustibili sintetici sono equivalenti ai combustibili fossili • Elevata flessibilità Numerose tecnologie e processi coinvolti • Stabilizzazione della rete energetica Accoppiamento con le reti elettrica e del gas naturale Carbon Capture and Utilization Vantaggi
- 12. Sommario • CCU Carbon Capture, Utilization: Scenari e tecnologie • Dall’anidride carbonica ai combustibili sintetici • La transizione energetica • L’economia dell’anidride carbonica • La piattaforma energie rinnovabili di Macchiareddu • Conclusioni Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 13. Energia elettrica immagazzinata in combustibili liquidi PtL e gassosi PtG La maggiore quantità di consumo di energia è dovuta alla riduzione di H2O in H2 e O2 L'elettricità può essere utilizzata in una "cella elettrolitica” Una cella elettrolitica ad ossidi solidi (SOEC) può convertire l'eccesso di energia elettrica rinnovabile 90-95% 75% Efficienza del processo 70% Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 14. CO2 CO2 Utilizzo delle fonti fossili Oggigiorno CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 Industria Calore Energia elettrica Trasporto ≈ 65% delle emissioni di CO2 ≈ 20% delle emissioni di CO2 Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 15. CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 Carbon Capture CO2 1) Riduzione delle emissioni di CO2 PtL PtG 2) Aumento delle energie rinnovabili 3) Riduzione del consumo delle fonti fossili Utilizzo delle fonti fossili Scenario di transizione Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 16. CO 2 CO 2 CO 2 CO2 CO2 PtL PtG Carbon Capture Utilizzo delle fonti fossili Scenario futuro Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 17. Direct Air Capture Alberi artificiali … l’uomo non ha cercato finora di competere con la natura su questo terreno, e cioè non si è sforzato di attingere dall’anidride carbonica dell’aria il carbonio che gli è necessario per nutrirsi, per vestirsi, per riscaldarsi e per i cento altri bisogni più sofisticati della vita moderna. Carbon Engineering - David Keith - Canada Klaus Lackner Lenfest Center - Columbia Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 18. Sommario • CCU Carbon Capture, Utilization: Scenari e tecnologie • Dall’anidride carbonica ai combustibili sintetici • La transizione energetica • L’economia dell’anidride carbonica • La piattaforma energie rinnovabili di Macchiareddu • Conclusioni Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 19. La transizione energetica October 7, 2015 A Black Future for Coal King Coal – as the most widespread and cheapest fossil energy source is often called – is entering a A Black Future for Coal - IASS Potsdam Blog http://blog.iass-potsdam.de/2015/10/a-black-future-for-coal/ Industrial Syn Gas production Biomass Electrolysis Solar Thermal Synthesis Catalysis Artificial Photosynthesis CH4 Coke H2O CO2 Bio and city waste, black liquor, pulp mill, etc… Present Scenario: Fossil Feedstocks Future Scenario: Renewable Energies CH4 DME Fischer-Tropsch Fuel CH3OH H2 CO2 H2 CO CO2 Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 20. The Nordic Energiewende Svezia - 2020 • 40% Riduzione delle emissioni GHG • 50% minimo sare di produzione elettrica da rinnovabili • 20% efficentamento energetico • 10% minimo share di energie rinnovabili nel settore trasporti Flotta dei trasporti completamente indipendente da carburanti fossili entro il 2030 Danimarca -2035 • Share della produzione elettrica da fonte eolica pari al 50% nel 2020 e il 100% nel 2035 • Non verranno costruiti altri impianti di produzione di energia elettrica da combustibili fossili • Nessun combustibile fossile per la produzione di elettricità entro il 2035 Germania – 2050 • 90% Riduzione delle emissioni GHG • Energie rinnovabili: 60% share del consumo energetico lordo 80% minimo share di energie rinnovabili nel settore trasporti Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 21. PtL/PtG: Realizzazioni industriali Carbon RecyclingInternational About Us Renewable Methanol CO2Geothermal Geosynthesis CO2 Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 22. PtL/PtG progetti industriali MefCO2 2015 Carbon dioxide emissions from the coal-fired power plant will be converted into fuel 1 MWel installation at the Lünen power plant is designed to produce approx. 1 ton of methanol • Project partners are: • Steag • Carbon Recycling International (CRI), • Mitsubishi • Hitachi Power Systems Europe • Hydrogenics • I-DEALS • European Universities and research institutions. The project is funded with a € 11 million grant from the EU Horizon 2020 research program. AUDI E-gas Project - 2015 Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 23. BMBF: Progetti di Ricerca Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 24. • CCU Carbon Capture, Utilization: Scenari e tecnologie • Dall’anidride carbonica ai combustibili sintetici • La transizione energetica • L’economia dell’anidride carbonica • La piattaforma energie rinnovabili di Macchiareddu • Conclusioni Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 25. Economia della CO2 Oggigiorno, la CO2 viene utilizzata come materia prima solo per applicazioni di nicchia e / o abbastanza localizzate Il mercato reale per la CO2, nel senso di un mercato per gli usi effettivi della materia prima, è piuttosto eterogeneo. Quando ci riferiamo al Carbon Market, generalmente indichiamo i diversi strumenti che vengono applicati dai governi per regolare le emissioni: ETS Carbon Tax Il prezzo per la CO2 catturata e purificata potrebbe essere stimato in base a considerazioni di base. Nel caso di un mercato pienamente sviluppato per la CO2 come materia prima, gli strumenti finanziari come l'ETS e le tasse sul carbonio dovrebbero essere legati al prezzo del mercato delle materie prime Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019 Global utilisation of CO2 by sector (2014) 80 Mton/year
- 26. Economia della CO2 • è la quantità di energia necessaria per catturare una tonnellata di CO2 alla fonte come percentuale dell'energia prodotta dalla centrale stessa 25% • GWP è il potenziale di riscaldamento globale per unità di energia elettrica generata dalla sorgente, in grammi di CO2 emessa (equivalente) 909 g/kWh • EP è il prezzo medio dell'elettricità espresso in € per kWh 10 c€/kWh P[€/ton] = /GWP • EP P = 27.5 €/ton Strumenti come le tasse sulle emissioni, i sistemi di scambio delle emissioni e i meccanismi di accreditamento sono fondamentali per internazionalizzare i costi esterni dei cambiamenti climatici nel modo più ampio possibile. Questo valore può essere considerato come una stima grossolana del costo associata alla cattura della CO2 emessa da una centrale usando le tecnologie presenti sul mercato Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 27. Summary • CCU Carbon Capture, Utilization: Scenari e tecnologie • Dall’anidride carbonica ai combustibili sintetici • La transizione energetica • L’economia dell’anidride carbonica • La piattaforma energie rinnovabili di Macchiareddu • Conclusioni Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 28. Accumulo dell‘energia elettrica e stabilità della rete Data la loro elevata densità di potenza, i supporti di accumulo chimici sono un modo ideale per sfruttare al meglio l'elettricità in eccesso Multimodal Environment le migliori opzioni di accumulo di energia in una determinata situazione dipenderanno principalmente dall'energia che verrà utilizzata in una determinata area geografica ed in un determinato momento Nella futura infrastruttura energetica sarà necessario utilizzare diverse opzioni e forme di energia in parallelo: • Power to Power • Power to Heat • Power to Fuels • Power to Chemicals Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019
- 29. La Piattaforma Energie Rinnovabili Reti intelligenti per una gestione efficiente dell’energia Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019 Laboratorio Biomasse e Biocombustibili Laboratorio Idrogeno da RES Laboratorio Energetica Elettrica
- 30. La micro-rete di Macchiareddu Gestione intelligente (smart) della produzione, dei carichi e dell’accumulo di un sistema isolato (energy island) H 2 CO2 CH4 H2 CH4 Fuel Cell
- 31. Biofuels and Biomass Lab Hydrogen from RES Lab Electric energy Lab Piattaforma Energie Rinnovabili
- 32. Energie Rinnovabili Residui Archeo batteri Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019 Metanazione Biologica
- 33. Bio Methane in Sardinia Power and Waste to Methane (PWtM) • 29 impianti di Biogas ≈1 Mwe principalmente da colture dedicate • Consumi elettrici: 8.805 GWh/year • Produzione elettrica:13.936 GWh/year • Assenza rete gas naturale, infrastrutture pianificate Alternativa PWtM • Feedstock: da colture dedicate aresidui e scarti • Uprgading del biogas in metnao (e CO2) • CO2 + Elettricità rinnovabile bio metano PWtM
- 34. Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019 Conclusioni Attualmente i carburanti ed i combustibili sono derivati da materie prime fossili L’approccio CCU permette di riciclare la CO2 sfruttando le energie rinnovabili • Ridurre le emissioni di CO2 prodotte dall’uomo • Aumentare l'uso di elettricità rinnovabile intermittente • Ridurre lo sfruttamento e l'importazione di combustibili fossili • Stabilizzazione della rete energetica • Integrare disponibilità e domanda locale Diverse tecnologie PtL e PtG sono disponibili sul mercato e possono giocare un ruolo significativo nei futuri scenari energetici sostenibili Mercato e prezzo unico per la CO2 come materia prima
- 35. Grazie per l’attenzione alberto@crs4.it Alberto Varone - CCUS workshop – Cagliari 15 Aprile 2019