Techno-economic evaluation of carbon capture technologies integrated to flexible renewable energy system
Hyvärinen, Joonas (2019)
Diplomityö
2019
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019100731528
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019100731528
Tiivistelmä
This thesis is a review on carbon capture technology. The main aim is to form an understanding of current status of different carbon capture technologies and their possible roles in the evolving energy system.
Carbon capture technologies are needed to reach the emission reduction goals and to provide raw material for synthetic fuel production. Pure carbon dioxide can be extracted from industrial processes, where carbon dioxide is released as a side stream. These sources are limited, and carbon dioxide separation from large point sources, such as cement and steel production, pulp mills and waste incineration plants are needed to cover the demand.
Carbon capture technologies based on solvent scrubbing and regenerative absorption-desorption cycle are commercially available technologies. Emerging technologies include membrane separation, adsorption, calcium looping and novel combustion methods such as oxy-combustion and chemical looping combustion. The utilization of pure carbon dioxide sources is the most economical option. Due to high energy consumption and expensive equipment, the carbon dioxide separation from large stationary sources is significantly costlier. Emerging technologies show promising cost estimations, but large-scale demonstration plants are needed to confirm them. Tämä diplomityö on katsaus hiilidioksidin talteenottomenetelmiin. Päätavoitteena on selvittää erilaisten hiilidioksidin talteenottomenetelmien tämänhetkinen tila ja niiden mahdolliset roolit muuttuvassa energiajärjestelmässä.
Hiilidioksidin talteenottomenetelmiä tarvitaan päästövähennystavoitteiden saavuttamiseksi ja synteettisten polttoaineiden raaka-aineiden tuottamiseksi. Yksinkertaisimmillaan puhdasta hiilidioksidia on saatavilla erilaisten prosessien sivuvirroista. Saatavilla olevien sivuvirtojen määrä on kuitenkin rajallinen, joten hiilidioksidin talteenotto suurista pistelähteistä, kuten sementti- ja terästeollisuudesta, sellutehtaista ja jätteenpolttolaitoksista on tarpeen hiilidioksidin kysynnän kattamiseksi.
Hiilidioksidin talteenottomenetelmät, jotka perustuvat pesureiden ja absorptioliuosten käyttöön, ovat kaupallisesti saatavilla olevia teknologioita. Kehitteillä oleviin menetelmiin kuuluvat kalvosuodatus, adsorptio, kalkkikierto ja uudenlaiset happipolttoon tai hapenkantajiin perustuvat polttomenetelmät. Sivuvirtoina saatavien hiilidioksidivirtojen hyödyntäminen on taloudellisin vaihtoehto. Hiilidioksidin erotus pistelähteiden savukaasuvirroista on huomattavasti kalliimpaa korkean energiankulutuksen ja kalliiden laitteiden vuoksi. Kehitteillä olevien teknologioiden kustannusten arvioidaan olevan matalia, mutta suuren mittakaavan koelaitoksia tarvitaan kustannusarvioiden vahvistamiseksi.
Carbon capture technologies are needed to reach the emission reduction goals and to provide raw material for synthetic fuel production. Pure carbon dioxide can be extracted from industrial processes, where carbon dioxide is released as a side stream. These sources are limited, and carbon dioxide separation from large point sources, such as cement and steel production, pulp mills and waste incineration plants are needed to cover the demand.
Carbon capture technologies based on solvent scrubbing and regenerative absorption-desorption cycle are commercially available technologies. Emerging technologies include membrane separation, adsorption, calcium looping and novel combustion methods such as oxy-combustion and chemical looping combustion. The utilization of pure carbon dioxide sources is the most economical option. Due to high energy consumption and expensive equipment, the carbon dioxide separation from large stationary sources is significantly costlier. Emerging technologies show promising cost estimations, but large-scale demonstration plants are needed to confirm them.
Hiilidioksidin talteenottomenetelmiä tarvitaan päästövähennystavoitteiden saavuttamiseksi ja synteettisten polttoaineiden raaka-aineiden tuottamiseksi. Yksinkertaisimmillaan puhdasta hiilidioksidia on saatavilla erilaisten prosessien sivuvirroista. Saatavilla olevien sivuvirtojen määrä on kuitenkin rajallinen, joten hiilidioksidin talteenotto suurista pistelähteistä, kuten sementti- ja terästeollisuudesta, sellutehtaista ja jätteenpolttolaitoksista on tarpeen hiilidioksidin kysynnän kattamiseksi.
Hiilidioksidin talteenottomenetelmät, jotka perustuvat pesureiden ja absorptioliuosten käyttöön, ovat kaupallisesti saatavilla olevia teknologioita. Kehitteillä oleviin menetelmiin kuuluvat kalvosuodatus, adsorptio, kalkkikierto ja uudenlaiset happipolttoon tai hapenkantajiin perustuvat polttomenetelmät. Sivuvirtoina saatavien hiilidioksidivirtojen hyödyntäminen on taloudellisin vaihtoehto. Hiilidioksidin erotus pistelähteiden savukaasuvirroista on huomattavasti kalliimpaa korkean energiankulutuksen ja kalliiden laitteiden vuoksi. Kehitteillä olevien teknologioiden kustannusten arvioidaan olevan matalia, mutta suuren mittakaavan koelaitoksia tarvitaan kustannusarvioiden vahvistamiseksi.