La CO2 catturata da una centrale elettrica a carbone aiuta il recupero dell'olio

Quando il carbone viene bruciato, il carbonio è quasi tutto ciò che produce l'energia. Brucia il carbonio, il calore e il biossido di carbonio (CO2).

Dall'inizio del 2017, un ambizioso progetto di cattura del carbonio nella centrale elettrica W.A. Parish vicino a Houston ha impedito l'ingresso nell'atmosfera di 5.500 tonnellate (5.000 tonnellate) al giorno di emissioni di CO2, l'equivalente delle emissioni di CO2 di 350.000 automobili. Questo progetto è Petra Nova, una joint venture di NRG Energy e JX Nippon, una compagnia globale di petrolio e gas.

Il piano era di installare la tecnologia di cattura del carbonio post-combustione, fornire la CO2 catturata a un giacimento petrolifero per migliorare il recupero del petrolio e utilizzare l'aumento della produzione di petrolio per pagare il progetto Petra Nova.

Petra Nova ha costituito una joint venture con Hilcorp Energy, proprietaria del giacimento petrolifero West Ranch, un giacimento di petrolio maturo a circa 80 miglia di distanza che potrebbe aumentare la produzione con un maggiore recupero di petrolio.

Il tubo che trasporta l'anidride carbonica supercritica finisce nel terreno, diretto al campo petrolifero del West Ranch, a 80 miglia di distanza. (Foto per gentile concessione di NRG Energy)

PRENDERE LA CO2 FUORI DAL GAS

Il progetto Petra Nova è progettato per rimuovere la CO2 dai gas di scarico prodotti da 240 megawatt (MW) di generazione di energia elettrica a carbone dall'unità 8 presso la stazione di generazione parrocchiale W.A. L'unità 8 è in grado di produrre circa 610 MW, quindi il processo di cattura del carbonio tratta circa il 40% delle emissioni dall'unità 8. La produzione totale dello stabilimento parrocchiale W.A. è di oltre 3 gigawatt.

Il gas di scarico dell'Unità 8 va prima in un quencher per raffreddarlo. Il biossido di zolfo, che interferirebbe con la cattura di CO2, viene rimosso dai processi di desolforazione. Il gas di scarico raffreddato scorre nella torre di assorbimento. All'interno di questa struttura di 300 piedi, il gas di scarico sale mentre un solvente ammina "piove", ha detto David Knox, senior director, comunicazioni esterne presso NRG Energy. Questo cattura circa il 90% della CO2 contenuta nel gas di scarico.

Il solvente viene quindi riscaldato e va alla torre del rigeneratore, dove rilascia la CO2. Da lì, la CO2 viene essiccata e inviata al compressore dell'impianto da 27.000 hp (circa 20.000 kW), uno dei più grandi al mondo, secondo Knox.

Dopo compressione da 1700 a 1900 psi (da 117 a 131 bar) e raffreddamento a circa 100 ° F (38 ° C), la CO2, originariamente allo stato gassoso, si trasforma in uno stato supercritico che non è né liquido né gas, ma ha alcune caratteristiche di entrambi. La sua densità è simile a quella di un liquido, mentre la sua viscosità è più simile a un gas. Un materiale a temperatura e pressione al di sopra del suo punto critico si comporta in questo modo. Il punto critico per CO2 è 89,8 ° F (32,1 ° C) e 1070 psi (73,8 bar).

"Diventa un liquido, in pratica", ha detto Knox, "e viene pompato nel campo petrolifero a 82 miglia di distanza." Non sono necessarie pompe o pressione aggiuntiva lungo il gasdotto, ha aggiunto, e la perdita di carico sulle 82 miglia è di circa 200 psi (14 bar).

Alla domanda su eventuali considerazioni particolari sulle tubazioni o sulle valvole nel processo, Knox ha dichiarato che sono richiesti acciaio inossidabile o altri materiali resistenti alla corrosione per il gas di scarico e ovunque la CO2 si trovi in ​​presenza di acqua. A valle del processo di essiccazione del CO2, i componenti del flusso sono in acciaio al carbonio, ha affermato.

NUOVA VITA A UN OLIO ANZIANO

L'inserimento di CO2 è stato utilizzato per molti anni come mezzo per migliorare il recupero di petrolio nei campi petroliferi maturi dove la produzione è diminuita nel tempo, secondo una pubblicazione del National Energy Technology Laboratory.

La CO2 pompata sottoterra si dissolve nel petrolio greggio, rendendo l'olio meno denso e meno viscoso. Ciò consente ad alcuni oli precedentemente inaccessibili di raggiungere il pozzo, aumentando la produzione. Nel caso del progetto Petra Nova, la CO2 estratta nell'impianto di carbone viene convogliata nel campo petrolifero del West Ranch. Lì, è inserito in profondità nel terreno. Ciò rende disponibile più petrolio; nel primo anno di recupero di CO2 migliorato, la produzione è passata da 300 barili al giorno a 4000 barili, secondo uno studio del progetto NRG. Il potenziale del campo è stimato in 60 milioni di barili recuperabili usando questo metodo avanzato, con una produzione giornaliera che raggiunge i 15.000 barili al giorno, secondo un comunicato stampa del Dipartimento dell'Energia.

A quanto pare, questo processo di inserimento fa sì che parte della CO2 venga immagazzinata nella formazione rocciosa del giacimento petrolifero. Di tutta la CO2 inserita nel terreno, circa il 20% rimane indietro nella roccia.

Quando il petrolio e la CO2 arrivano in superficie, la CO2 viene catturata e riutilizzata, insieme alla nuova CO2 proveniente dalla centrale a carbone.

Per verificare che la CO2 stia nel terreno e non entri nell'atmosfera, Petra Nova controlla l'attrezzatura, i pozzi di monitoraggio e l'aria nell'area. Inoltre, un servizio indipendente del Bureau of Economic Geology presso l'Università del Texas ad Austin monitora anche i livelli di CO2.

FINANZIAMENTO E COSTRUZIONE PETRA NOVA

Rimozione di CO2 prodotta dalla combustione di combustibili fossili è una proposta costosa, sia nelle attrezzature necessarie e l'energia e le sostanze chimiche necessarie per catturare CO2 dai gas di scarico.

Il costo totale della costruzione del progetto di Petra Nova era di circa $ 1 miliardo. Il finanziamento è stato fornito da una sovvenzione del programma di Iniziativa per l'energia del carbone pulito del Dipartimento degli Stati Uniti ($ 190 milioni), un investimento di $ 250 milioni da banche giapponesi e $ 300 milioni di contributi azionari da NRG e JX Nippon.

Per quanto riguarda le entrate, come proprietario congiunto del giacimento petrolifero West Ranch, Petra Nova riceve entrate dalla metà del petrolio prodotto.

La costruzione è iniziata a luglio 2014 e si è conclusa alla fine del 2016, nei tempi e nei budget previsti.

L'impianto di estrazione del biossido di carbonio di Petra Nova. La struttura più alta è la torre di assorbimento. La torre più piccola contiene il processo di rigenerazione. (Foto per gentile concessione di NRG Energy)

FUTURA ACQUA DI CARBONIO

"Mentre la tecnologia è solida, l'attuale applicazione di CCUS [cattura, utilizzo e stoccaggio del carbonio] in qualsiasi ambiente commerciale è limitata", ha affermato Todd Williams, partner, e Jonathan Aronoff, associato senior di ScottMadden, Inc., una società nordamericana società di consulenza specializzata in energia. Williams e Aronoff hanno offerto i loro commenti in un'intervista via email.

"Attualmente il miglior caso di business si trova nel recupero avanzato del petrolio", come ha detto il progetto Petra Nova. Senza un mercato che paghi il biossido di carbonio catturato per compensare le spese di costruzione e operative, tali progetti sono attualmente proibitivi, hanno aggiunto.

Sono previsti nuovi crediti fiscali federali che possono aiutare tali progetti. Tuttavia, i progetti di cattura del carbonio rischiano di rimanere economicamente non fattibili nella maggior parte delle situazioni senza ulteriori cambiamenti, hanno detto Williams e Aronoff. Una tecnologia migliore potrebbe ridurre i costi di implementazione. Maggiori incentivi finanziari per ridurre le emissioni di carbonio migliorerebbero l'economia. Nuovi mercati per la CO2 oltre al potenziamento del recupero del petrolio potrebbero fornire finanziamenti necessari in aree geografiche lontane dai giacimenti petroliferi.