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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%
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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
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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
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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
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+ 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
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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
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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
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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
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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
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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
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NORDJYLLAND 3 | 440 MW
Dinamarca
440 MW PC
Ultra Supercrítica
290 bar @ 580°C
47% de eficiência
Operação comercial: 1998
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Custo do CCS Post Comb 2032/2033
Fonte: Alstom, WCA Workshop 2015
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Evolução dos custos de CCS
Ref PP: UTE sem CCS
Fonte: Alstom, WCA Workshop 2015
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CCS: por que a demora no
progresso?
Política de paridade entre
todas as tecnologias de
baixa emissão é essencial
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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)
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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
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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]