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XVI Congresso Brasileiro de Energia Tecnologias para o uso do carvão Levi Souto Jr. Associação Brasileira do Carvão Mineral - ABCM Rio de Janeiro, 22 de outubro de 2015 A urbanização do planeta A urbanização da população mundial tem promovido o aumento do consumo de energia elétrica Na China, a população urbana aumentou de 10% em 1949 para 53% em 2013 1,3 bilhões de pessoas não tem acesso a eletricidade e 2,7 bilhões ainda utilizam lenha para cozinhar Em 2050, as cidades terão mais 3 bilhões de pessoas % População Urbana x Rural 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Urbana Mundo Urbana Brasil Fonte: United Nations (2014). World urbanization prospects. esa.un.org/unpd/wup/ Rural Mundo Rural Brasil E como atender a essa população? Crescente demanda de energia para uma população cada vez mais urbanizada Segundo projeção da International Energy Agency (IEA), a matriz global de energia primária em 2040 será: Fonte: IEA, WEO 2014 A demanda de energia crescerá 37% no período Combustíveis fosseis reduzirão sua participação de 81% para 74% 3 Matriz de energia elétrica mundial Geração de energia elétrica mundial por fonte Cenário de “Novas Politicas” Fonte: IEA, WEO 2014 O carvão é importante hoje e no futuro da matriz energética mundial 4 Quem está consumindo todo esse carvão? Demanda global de carvão por região Mtce 7 000 World 6 000 Other 5 000 India 4 000 Chinese coal demand plateau 3 000 China 2 000 1 000 India: 2nd largest coal 2005:peak US coal demand peak 1987: European coal demand consumer by 2020 United States Europe 2040 India 1980 1990 2000 2010 2020 2030 O crescimento da demanda mundial de carvão diminui rapidamente devido a políticas ambientais mais rigorosas. Por isso, a importância de plantas de alta eficiência e captura de CO2 para o futuro do carvão Utilização do carvão HELE High Efficiency, Low Emission CCS Carbon Capture and Storage CtG Coal to Gas CtL Coal to Liquid Combustão Gaseificação 6 Como reduzir emissões? 1% aumento da eficiência = 2-3% diminuição das emissões de CO2 O aumento global da eficiência das centrais termelétricas dos atuais 33% para 40% por meio de implantação de tecnologias mais avançadas, poderia cortar 2 Gton de CO2 (= 3 x Protocolo de Kyoto ou 1 x emissão anual de CO2 da Índia) Fonte: VGB PowerTech 2013 7 + Eficiência – Emissões de CO2 Pressão SH (bar) Temp SH (°C) Eficiência (%) <221 até 565 33-39 221-250 540-580 38-42 Ultra-supercrítico >250 >600 >42 USC avançado* >270 700 50 Tecnologia Subcrítico Supercrítico * ainda não disponivel comercialmente 8 Situação da frota mundial das UTEs 70% da frota mundial de UTEs a carvão são subcríticas No Brasil, 100% das UTEs são subcríticas com uma base instalada de 3,4 GW e idade média de 15a Base Instalada de UTEs a carvão no mundo: 1.825 GW 9 UTEs de alta eficiência e baixa emissão já são realidades Frota das UTEs a carvão da CHINA: Frota das UTEs a carvão da ÍNDIA: 41% da frota a carvão do mundo (1º) 6% da frota a carvão do mundo (3º) 37% da emissão global de CO2 pela termoeletricidade a carvão 8% da emissão global de CO2 pela termoeletricidade a carvão Estratégia de aposentar usinas após 25 anos de operação Estratégia de aposentar usinas SC após 25 anos de operação 10 Co-firing também é uma opção para diminuir emissões A adição de biomassa ao carvão promove redução de CO2 O desafio é a disponibilidade de biomassa próxima à UTE a custo competitivo Há limite técnico para carvão/biomassa (10 a 30%) Com o desenvolvimento da tecnologia de leito fluidizado circulante (CFB), que é mais flexível quanto ao combustível, o co-firing aumentou sua participação para descarbonização do carvão a mistura 1% de biomassa ≈ 1% de redução de CO2 11 BAIMA | 600 MW China 600 MW CFB Supercrítica 41% de eficiência 254 bar @ 571°C / 1900t/h Flexibilidade de carvão Caldeira: Harbin/Shanghai/Dongfang Operação comercial: 2014 12 SHANGHAI WAIGAOQIAO 3 1.000 MW China 1.000 MW PC Ultra Supercrítica 45% de eficiência 280 bar @ 603°C / 2.955 t/h Caldeira: Alstom/Shanghai Electric | Turbina: Siemens Operação comercial: 2009 13 NORDJYLLAND 3 | 440 MW Dinamarca 440 MW PC Ultra Supercrítica 290 bar @ 580°C 47% de eficiência Operação comercial: 1998 14 LÜNEN 3 | 750 MW Alemanha 750 MW PC Ultra Supercrítica 46% de eficiência CO2 < 800 g/kWh 280 bar @ 600°C Caldeira: IHI e Austrian Energy Turbina: Siemens Operação comercial: 2013 15 RDK 8 | 912 MW Alemanha 912 MW PC Ultra Supercrítica 46% de eficiência 285 bar @ 603°C 2.347 t/h CO2 < 740 g/kWh Caldeira: Alstom Operação comercial: 2013 16 MANJUNG 4 | 1.080 MW Malásia 1.080 MW PC Ultra Supercrítica 40% de eficiência 282 bar @ 600°C 3.226 t/h Caldeira: Alstom Operação comercial: 2015 17 SHENHUA GUOHUA Power Company “Near zero emissions” Air Pollution Prevention and Control Action Plan: “High-Quality Green Power Generation Plan” para UTEs existentes “Near-Zero Emission Project” para novas UTEs Feed-in tariffs investimento para incentivar o Limites de emissão estabelecido pelo Governo Chinês a partir de 2011 18 Dessulfurização utilizando Amônia Utilizando amônia como reagente no processo de dessulfurização, o subproduto é o Sulfato de Amônio É uma alternativa à utilização de cal/calcário e ainda gera receita pela venda do subproduto Brasil importa 90% do sulfato de amônio, amplamente utilizado na fabricação de fertilizantes Fonte: Marsulex Environmental Technologies (MET) Zaklady Azotowe Pulawy Complexo Industrial ECOPLEX Polônia 330 MW 93.5%+ remoção de SO2 Início de operação: 2013 CCS: uma alternativa importante na redução de CO2 Post Combustion Pre Combustion Oxy fuel Pipelines Navios Captura Camadas de Carvão: 40 Gt CO2 Campos de óleo e gás: 1.000 Gt CO2 Aquíferos salinos: até 10.000 Gt CO2 Transporte Estocagem Rotas tecnológicas de CCS Pre Combustion O Syngas, uma mistura de H2, CO e CO2, é gerado a partir de combustíveis fósseis ou biomassa. O CO2 pode ser removido resultando um combustível ou matéria prima para outras aplicações. Post Combustion O CO2 é capturado a partir da exaustão do processo de combustão por absorção com um solvente adequado. O CO2 absorvido é libertado do solvente, comprimido para o transporte e armazenamento. Oxy Combustion O2 é previamente separado do ar e o combustível é queimado numa atmosfera rica em O2 livre de nitrogênio. Resulta efluentes gasosos constituídos por H2O e CO2 em uma alta concentração, o que facilita a purificação. Desenvolvimento do CCS 14 projetos de CCS de larga escala em operação, 8 em construção e 14 em desenvolvimento EUA lideram o desenvolvimento da tecnologia, com 7 projetos em operação Canadá possui o primeiro projeto em grande escala: Boundary Dam Visão 2020 Mais de 30 projetos em operação armazenado 50 Mt CO2/ano Curva de aprendizado e redução de custos Políticas de incentivo para permitir o desenvolvimento Visão 2030 CCS é uma indústria real 2 Gt CO2/ano P&D continuo, redução de custos significativos e economia de escala É viável, atrai investimentos privados Visão 2050 CCS é utilizado rotineiramente para reduzir CO2 em todas as industrias Armazenamento superior a 7 Gt CO2/ano 3400 plantas de CCS em operação no mundo Fonte: Rota de desenvolvimento de tecnologia CCS. Roadmap do IEA 22 BOUNDARY DAM Retrofit de 120 MW em operação desde 2014 90% de captura de CO2, 1,0 Mt CO2/ano evitado (equivalente a 250.000 veículos) Tecnologia de post combustion com injeção de amina num absorvedor 100% de captura de SO2 CO2 é vendido e transportado por 2 km até um campo de petróleo e injetado a 3,4 km de profundidade para melhorar a recuperação de óleo 23 SATC/CTCL Centro Tecnológico de Carvão Limpo Áreas de pesquisa: Recuperação ambiental Geologia Conversão e Meio Ambiente CCUS 39 pesquisadores Projeto de P&D: Captura de CO2 com adsorção por aminas + zeolitas Parceria: SATC/NETL/PUCRS Valor: R$ 8 milhões 24 Custo do CCS Post Comb 2032/2033 Fonte: Alstom, WCA Workshop 2015 25 Evolução dos custos de CCS Ref PP: UTE sem CCS Fonte: Alstom, WCA Workshop 2015 26 CCS: por que a demora no progresso? Política de paridade entre todas as tecnologias de baixa emissão é essencial 27 Gaseificação: tecnologia já consolidada Total de 862 projetos no mundo, 2378 gaseificadores: 116 GWth operando 83 GWth em construção 109 GWth planejado O processo de gaseificação também pode ser aplicado com Carvão (55%), Petróleo (33%), Gás (7%), Coque (3%), Biomassa/Lixo (2%) Gás de síntese Gaseificador H₂ + CO Coal to Gas (CTG) Produtos Processo de Liquefação Syngas to Liquids Metanol Gás Liquefeito Olefinas Polímeros Produtos Geração elétrica Gasolina, querosene e diesel Uréia (Fertilizantes) 28 Gaseificação: eletricidade é menos atrativo Source: Higman Consulting, GTC Database, 2014 Valor agregado dos produtos derivados de carvão ($ de carvão/ $ produto) Eletricidade Gasolina Gás Liquefeito Metanol Olefinas Polímeros 1,0 4,0 4,4 6,0 13,0 23,0 29 Conclusões 1. O carvão continuará com um papel importante na matriz elétrica no futuro, no entanto, a sociedade exigirá fontes cada vez mais limpas 2. A utilização de tecnologias HELE + CCS é o caminho para a descarbonização da matriz mundial 3. Políticas de modernização da frota de termelétricas são necessárias no mundo e no Brasil 4. Aumento no investimento no desenvolvimento do CCS é essencial 5. No Brasil, diretrizes ambientais e leilões de energia precisam estar alinhados para incentivar tecnologias com menores emissões 30 Obrigado! Levi Souto Jr [email protected]