Szén-dioxid összegyőjtés és visszasajtolás realitása a hazai olajipar szempontjából 2010. május Kubus Péter, MOL Nyrt, Kutatás-Termelési Divízió
A klímaváltozás háttere- Vostok projekt Az Antarktisz alatt 140 jéggel fedett édesviző nagykiterjedéső tó közül az egyik az Ontario tóval közel azonos mérető a Vostok tó. 1998-ban orosz-amerikai-francia projekt az orosz Vostok állomásról 3623 m mélységő jégmagot fúrt. A jégbe befagyott légbuborékok a mélységgel arányosan mutatják az akkori földtörténeti idıszakban lévı atmoszféra összetételét. A Vostok projekt kutatási eredményei szerint erıs összefüggés van az Antarktisz hımérséklete és az atmoszféra CO2 koncentrációja között.
A klímaváltozás háttere- Vostok projekt A jégkorszakok alatt az atmoszféra CO2 koncentrációja 180 és 300 ppm között mozgott. Az elmúlt 420 000 évben sosem volt olyan magas a CO2 koncentráció, mint manapság. Az atmoszféra széndioxid koncentrációja 50 év alatt nıtt 315-rıl 377 ppm-re. És ez a jelenlegi energiafogyasztás trend mellett évi 1-2 ppm-mel növekszik!
CCS, Széndioxid Leválasztás és Tárolás C: Carbon Dioxide C: Capture and S: Storage
A CCS három fázisa A CCS három egymáshoz kapcsolódó projektbıl áll: Költségek: 1 t CO2 önköltsége: Capture: 30-75 EUR / t Transport: 5-15 EUR / t Storage: 10-40 EUR / t CO2 befogás: Egy vegyipari technológiával leválasztják az ipari folyamat melléktermékét a CO2-t, vízmentesítik és felkomprimálják a szállításnak megfelelı nyomásszintre. A szállításhoz a CO2-t fel kell komprimálni 80 bar fölé, folyadék állapotúra.. Szállítás: A felkomprimált CO2 elszállításra kerül a CO2 tároló pontjáig tengelyes szállítással, hajóval vagy csıvezetékkel, CO2 tárolás: A földalatti gáztároláshoz hasonló módon egy alkalmas földalatti rezervoárban történik a CO2 besajtolása, s ott biztonságos és tartós tárolása.
CO2 geológiai formációban történı tárolása A világ számos helyén a széndioxid földalatti geológiai formációkban természetes módon megtalálható. A CO2 a kıolaj és földgáz telepekhez hasonló módon üledékes kızetekben csapdázódik. Geológiai, földalatti tárolás szempontjából az alkalmazható CO2 tárolási alternatívák: mély sós víztestek, aquiferek lemővelésre alkalmatlan széntelepekben lemővelt (vagy termelés alatt álló) olaj és földgáztelepekben
Mély sós vizekben történı tárolás A tárolásra alkalmas víztestek tipikusan 800 m- nél mélyebben fekszenek, és nem édesvizet tárolnak. A sósviző rezervoárok nem eléggé ismertek számunkra, a magyarországi tárolási potenciál meghatározására csak nagyon durva becsléssel lehet élni. A tárolási potenciál egzakt meghatározásához magas kutatási költségigényő szeizmikus mérések, 3D modellezés segítségével készített rezervoármechanikai tanulmányok adhatnának választ. A költségek és a módszerek hasonlóak ahhoz, amit a CH kutatásnál alkalmazunk. A sós víztestben történı tárolási potenciál Magyarországon egy nagyságrenddel nagyobb lehet, mint a CH - telepekben.
Mély sós aquiferek - Magyarországon
Mély sós vizekben történı tárolás-szolnoki formáció Elméleti tárolási maximum 2510 Million t CO2 az alábbi formációkban: Area Újfalu Formáció Storage capacity (Million t) 424 Szolnok Formáció elemei: Jászság Basin Makó Trough Pusztaföldvár Horst Transdanubian part of Szolnok Form. (thickness 500m) Együtt Szolnok Formáció Békés Basin Összesítve 183 197 120 204 1380 2090 2510 Szolnoki Formáció vastagság térképe Csak a megfelelı fedıkızettel rendelkezı terület van jelölve. 800 m-nél mélyebb terület lett figyelembe véve. Potenciális CO2 forrás ( Mátrai Erımő) két zöld koncentrikus körrel van jelölve.
Lemővelésre alkalmatlan széntelepekben történı tárolás Felsımiocén lignit formációk potenciális CO2 tárolók, tektonikailag nyugodtak. A CO2 gáz a szén felszínén abszorbeálódva kötıdik, illetve a repedésekben található meg. Abszorpciós képességük korlátozott, mivel abszorpció csak a mezzo- és macro pórusokban történhet. A becsült hazai CO2 tárolási potenciál maximum 300Mt. Amennyiben CO2-ot sajtolunk egy széntelepbe, akkor az képes helyet cserélni az ott abszorbeálódott metánnal, ami kitermelhetıvé is válhat. Korlátozott abszorpció miatt ez nehézkes.
Tárolás lemővelt olaj és földgáztelepekben Évmilliókon keresztül bizonyították, hogy képesek olajat és földgázt tárolni ezért CO2 tárolási céllal történı felhasználásuk komoly potenciált jelent. 2007-2008: MOL és az ELGI közös K&F projekt keretében felmérte a magyarországi MOL érdekeltségő szénhidrogén telepeket, az azokban tárolható CO2 volumen meghatározása céljából. A CO2 tárolási potenciál számításához nem megfelelıek azok a tárolók: amelyeket manapság földgáz tárolás céljából vizsgálunk vagy használunk illetve azok, amelyek kevesebb, mint 1 millió t CO2 tároló kapacitásúak sőrőn lakott terület alattiak
Tárolás lemővelt olaj és földgáztelepekben ELGI-MOL K+F : 180 olaj és gáz mezı volt bevonva a CO2 tárolási potenciál számításba. Csak 26 rezervoár maradt,melyek alkalmasak lehetnek geológiailag CO2 tárolásra, ezek maximális CO2 tárolási kapacitása 150 millió tonna. A legígéretesebb terület a Blokk I. mezıiben van, 20-25 Mt CO2 kapacitással. Block III. Block I. Block II. Piros oszlopok a legnagyobb kibocsátókat mutatja Sárga színnel a CH mezık vannak jelölve
CO2 tárolás veszélyei A CO2 földalatti tárolásával kapcsolatos veszélyek CO2 szivárgás a legfontosabb rizikó faktor Jó csapdázódási mechanizmus és vastag fedıkızet a CO2 tárolás szempontjából magasabb biztonságot jelenthet. CO2 szivárgás a felsı rétegek felé, illetve az atmoszférába Szeizmikus aktivitás, a nyomásváltozás és a tárolóbeli vetıket és repedések újraaktiválhatják. Formáció víz átáramlása egy nyitott rezervoárból egy másik formációba, esetlegesen édesvíz tároló rétegbe CO2 szivárgás létrejöhet a fedıkızet alkalmatlansága miatt, amelynek meg kellene védeni a felsıbb rétegeket a CO2 felfelé migrálásától, öreg kutakon keresztül, ha nincsenek megfelelı módon ledugózva, vagy felszámolva
Remote Field B CO 2 Release Scenarios Sea current Sequestration Field A Seabed Leak off Accumulations In mud Over pressurise shallower formation Diffusion Escape to surface via aquifer outflow Free gas P, T Well plug Pressure induced Abandoned fracture well Mineralisation Dispersive mixing Diffusion GSGI Diffusion & flow Cap good for oil but not gas Shale Aquifer flow Shale
CO2 tárolás megvalósíthatósága lemővelt CH mezıkben A CO2 tárolás mőszaki megvalósíthatós ágának megoldása nagyon hasonlatos az Földalatti Gáztárolás (FGT) estében használt technikára. Bizonyos szempontból ez egyszerőbb, mint az FGT mivel nem kell kiépíteni felszíni kitermelı technológiát, viszont kockázatosabb is, és ezért hosszútávon biztosítani kell egy monitoring rendszert is. Hogy elkerüljük a szivárgási problémákat: a meglévı kutak jó részét fel kell számolni, a besajtolás illetve a monitoring céljából új kutakat kell fúrni. egy monitoring rendszert kell kialakítani és mőködtetni a tároló teljes életciklusa alatt.
Javasolt alapvetı monitoring módszerek Measurement technique Natural tracers Water composition Subsurface pressure Well logs CO 2 land and surface flux Soil gas sampling Measurement parameters Identification source of CO 2, Travel time, Partitioning of CO 2 into brine, CO 2, HCO 3-, CO 3 2-, Major ions, Trace elements, Salinity Formation (storage) pressure Annulus pressure Groundwater aqifer pressure Brine salinity Sonic velocity CO 2 saturation CO 2 fluxes between the land surface and the atmosphare Soil gas composition, Isotopic analysis of CO 2 Applications Tracing movement of CO 2 in the storage formation, Tracing leakage Quantifying solubility and mineral traping, Quantifying CO 2 -water-rock interactions, Detecting leakage into shallow groundwater aquifer Control of formation pressure, Wellbore and injection tubing condition, Leakage out of the storage formation Tracking CO 2 movement in and above storage formation, Tracking migration of brine into shallow aquifers Detect, locate and quantify CO2 releases Detect elevated levels of CO 2 Identify source of elevated soil gas CO 2 Evaluate ecosystem impacts
CO2 tároló kialakításának és mőködtetésének folyamata 1. Üzemelés elıtti fázis:1-3 év Mezı kiválasztása, elemzése, Mőszaki tervezés 2. Üzemeltetési fázis: 5-50 év Mezıbeni építkezések, Terület elıkészítés, Besajtolás, Monitoring 3. Besajtolás befejezése utáni fázis: Több 100 év Terület utógondozási programja, Besajtoló kutak felszámolása, Monitoring
Mátra CCS project Elızmények, peremfeltételek A 2009-ben alakult konzorcium (MOL, MVM, MERT, ELGI ) egy magyarországi CCS lehetıségét vizsgálja. Leválasztás: Mátrai Erımő új blokkja Szállítás : MOL új csıvezetékén Tárolás: MOL lemővelt CH tárolóiban A várható igényeket, a logisztikai lehetıségeket, a tárolók geológiai és a földalatti és felszíni mőszaki állapotot figyelembe véve összesen 3 mezı került a lehetséges és vizsgálandó objektumok közé: Kisújszállás-Ny, Tatárülés-Kunmadaras és Endrıd III. A várható elhelyezendı mennyiség: 3,2 millió m3/nap, ami évente 2,1 Mt szén-dioxid, A gáz minimum 99,8 mol%-os szén-dioxid tartalommal rendelkezik. A szén-dioxid indítási nyomása 100 barg.
Lehetséges CO2 befogási és tárolási helyek Depleted gas fields in Middle Hungary Kisújszállás Ny Tatárülés- Kunmadaras Endrıd III. Max. Capacity Mt CO2 t 13.75 8.07 9.38 MÁTRA Power plant Middle Hungary
Mátra CCS project, leválasztás és szállítás A várható leválasztandó mennyiség: 3,2 M m3/n, ami évente 2,1 Mt, 99,8 mol%-os CO2 CO2 indítási nyomása: 100 bar. CAPTURE LEVÁLASZTÁS SZÁLLÍTÁS Távvezeték: Hossz: 116 km Átmérı: 350 mm Nyomásfokozat: 120 bar A szén-dioxid céltávvezetéken Visontáról a kenderesi (Kisújszállás-Ny), berekfürdıi (Tatárülés-Kunmadaras), endrıdi gázelıkészítı üzemekbe.
Mátra CCS Project - Befogás adatai Az új lignit tüzeléső erımő 500 MW-os Erımő Teljes kapacitás: 500 MWel (gross) Nettó hatásfok: 42% (electrical, net) Tüzelıanyag: Lignit + max. 10% biomassza Terhelhetıség: kb. 40-100% Hasznos idıtartam: több mint 40 év Készenléti idı: 93% (min. 8150 ó/év) Befogás Tüzelés utáni befogás kémiai abszorpcióval; kombinálva hıvel történı CO2 kinyeréssel. Befogás Technológia: CO2 absorber: Befogás hatásfoka min. 85% Hatásfok CCS-sel : 32-33% tüzelés utáni befogás MEA Kiadott CO2 nyomás:100 bar Státusz: Megvalósíthatósági tanulmány
Mátra CCS Project Tárolás adatai Elsı tárolási fázis: Kimerült CH mezıkben Második tárolási fázis: Regionális aquiferben Formáció: Lemővelt gázmezıkben - Kisújszállás Ny mezı. - Endrıd III. mezı CO2 capacitás: 15-20 Mt Feltelési idı: 7 év Mélység: 1200-2000 m Tároló kızet: homokkı Porozitás: 5-27% Áteresztıképesség:15-150 md Hımérséklet: 88-92 C Formáció: Aquifer (Szolnoki formáció) Tetı mélység: > 800 m Porozitás: 15-25% Áteresztıképesség: 40-80 md Vastagság: 800-1000 m Storage capacity: ca. 250 Mt
Geológiai kockázat Lemővelt CH mezıknél A tárolókızet korábban nem szén-dioxidot tárolt, kérdéses lehet a fedıkızet anyagának hosszú távú áteresztıképessége a szén-dioxidra. A szén-dioxid betárolásának megkezdésekor rendelkezni kell üzembiztos mőszaki megoldással az esetlegesen fellépı szivárgások megszüntetésére, rosszabb esetben a betárolt szén-dioxid átfejtésére más tárolókba, vagy végsı esetben a légkörbe való biztonságos elengedésre. Sósvizes rétegekben A tárolást alapvetıen túlnyomással lehet megoldani, aminek a következményei a megkutatottság hiányában egyelıre ismeretlenek.
Meglévı kutak felszámolása A meglévı kutak szénacél csövekbıl és hagyományos cementezéssel Készültek. A kutakat úgy kell biztonságba helyezni, hogy sem az eredeti csövek, sem hagyományos portland cement ne kerüljön kapcsolatba a betárolt szén-dioxiddal. A cementdugózáshoz használt cement CO2-rezisztens
Besajtoló kutak létesítése A besajtolásra és a tárolóban történı megfigyelésre új kutakat kell létesíteni. Tárolóval érintkezı szakaszán szén-dioxidrezisztens béléscsöveket kell alkalmazni, A béléscsövet szén-dioxid-rezisztens cementtel kell elcementezni, szén-dioxid-rezisztens termelıcsıvel, szén-dioxid-rezisztens szerelvényekkel, csıfejelemekkel kell a kutakat kiképezni.
Amire szükség van a magvalósításhoz Biztos jogi háttér Állami felkarolás, minisztériumok támogatása Kiszámítható hosszú távú gazdasági környezet CO2 kvóta ár normalizálódása (ETS) CO2 befogást és tárolást elésegítı ösztönzık, adó kedvezmények Lakossági elfogadás Forrás az aquiferek vizsgálatához Európai Uniós tender elnyerése
Köszönöm a figyelmet!