Syftet med masteruppsatsen var att undersöka för och nackdelar med de fyra CC-teknologierna. Utifrån frågeställningarna har de viktigaste för- och nackdelarna rörande de olika CC-teknologierna sammanställts i Tabell 15. Resultaten visade att HPC och aminteknologin har högt el- och värmebehov, höga kostnader och kräver stora ytor. Teknologierna kan därför anses som olämpliga att implementera. 3C och Svante visade bättre resultat på samtliga områden men har nackdelen att de ännu inte är kommersiellt tillgängliga
.
Tabell 15: Sammanfattning av de viktigaste för och nackdelar med de olika CC-teknologierna
CC-teknologi Fördelar Nackdelar
Amin- teknologi
• TRL 9
• Mest studerade teknologin • Lägre elbehov än HPC • Hög reaktionshastighet
• Aminer hälsofarliga, cancerogena och påverkar ekosystemet
• Hög nedbrytning av absorbent • Höga drift- och investeringskostnader • Hantering och inköp av solvent är dyrt • Kräver stor yta
• Återbetalningstid 14 år
HPC • TRL 9
• Miljövänlig absorbent
• Mer resistent mot nedbrytning av absorbent jämfört med aminer • Lägre energibehov vid regenerering
jämfört med aminteknologin
• Högt elbehov
• Låg reaktionshastighet • Hög investeringskostnad • Höga driftkostnader • Kräver stor yta
• Återbetalningstid på +100 år
3C • Lägre investeringskostnad och
driftkostnad än konventionell teknologi
• Kompakt design
• Lägre energibehov vid regenerering än konventionell teknologi
• Hög reaktionshastighet • Lägre degradation av aminer • Återbetalningstid 5 år
• TRL 7 • Aminbaserad
• Kräver elektricitet för rotation • Högre risk för korrosion p.g.a. högre
koncentration av solvent
Svante • Lägre investerings- och driftkostnad än konventionell teknologi
• Kompakt design
• Hög reaktionshastighet och hög CO2-upptagningsförmåga • Hög resistens mot föroreningar • Stabil och lägre risk för läckage • Materialagnostisk
• Lägre regenereringsenergi än konventionell teknologi • Återbetalningstid på 4 år
• TRL 5–7
• Kräver elektricitet för rotation • Nuvarande nanomaterial är dyra
91
10 Diskussion
Det är uppenbart att CC-teknologier kräver en stor mängd el- och värme vilket skulle påverka Högdalenverkets el- och fjärrvärmeleverans i hög grad. Att kunna prioritera el- och fjärrvärmeleverans är därför en viktig parameter för att driva ett hållbart system. Genom att stänga av CO2-avskiljningssystemet kan maximalt med el- och fjärrvärme kunna levereras då behovet är högt. Å andra sidan innebär det teknologins syfte går förlorad. För att undvika regelbunden nedstängning av teknologin bör därför andra sätt att förse teknologin undersökas.
Ett alternativ är att en ny panna skulle kunna förse CC-teknologin med den el, ånga och värme som den kräver. På Högdalenverket finns det en plats reserverad för att kunna bygga en ny panna, P7, i framtiden vilket skulle kunna användas i detta syfte. Den nya förbränningen skulle emellertid generera nya utsläpp av CO2. Det innebär att CO2 skulle genereras i syfte att fånga in CO2. Det optimala vore därför att koppla in den nya pannan till koldioxidavskiljningssystemet, vilket å andra sidan skulle kräva ökade resurser till CC-teknologin. En annan möjlig lösning är att låta solceller generera, åtminstone en del av den el, värme och ånga som CC-teknologin kräver. På Högdalenverket finns det stora takytor där solceller skulle kunna installeras. En sådan installation skulle dock innebära en stor investering.
Till de områden som Högdalenverket levererar el och fjärrvärme är behovet av el ofta högre än fjärrvärme. Som presenterats i uppsatsen bidrar implementering av CC-teknologier, speciellt HPC som har ett högt elbehov, till minskad elleverans. Genom att maximera elproduktionen kan den minskade elleveransen minska. Konsekvensen blir att mindre värme kan genereras. En avvägning mellan vad som prioriteras högst behöver därför göras. Då elen är värd mer kan det vara önskvärt att offra en mängd fjärrvärme för att bibehålla en hög elleverans. Om det inte går att producera tillräckligt med el för att möta efterfrågan från de befintliga pannorna skulle deras spetspanna, P5, behöva sättas igång. Eftersom P5 drivs av olja är det inte önskvärt att använda denna i större utsträckning.
Det går även att styra om så att andra leverantörer producerar mer el till nätet för att kunna möta efterfrågan, men till följd av ökad förbränning och möjligen användning av egna spetspannor. Det blir kontraproduktivt att avskilja CO2 till bekostnad av ett högt elbehov som i sin tur kan innebära ökade CO2-utsläpp. Hur mycket utsläpp som sker beror på el-mixen som används. I Sverige används främst förnybara energikällor men vid högt elbehov används fossilbaserade energikällor. Om CCS och bio-CCS implementeras i stor skala kan en konsekvens bli att mer av denna el används oftare. Det skulle också minska förutsättningarna för mål enligt 2016 års energiöverenskommelse (Klimatpolitiska vägvalsutredningen, 2020). Målet innebär att Sverige ska ha 50 procent effektivare energianvändning år 2030 jämfört med år 2005. Till följd av risken för att CO2-utsläppen förflyttas till fossil förbränning går det att konstatera att el- och energibehovet för CC-teknologierna måste minimeras. Åtgärder för att reducera energibehovet och andra lösningar än att tappa av ånga med hög exergi bör studeras.
92
Tidigare studier kring CCS har fokuserat på verk med andra typer av bränslen än avfall. Det kan därför finnas ämnen och kombinationer av ämnen i rökgaserna som ännu inte har studerats. Till exempel har flertalet metaller som förekommer i rökgaserna för Högdalenverket, se Tabell 10, inte omnämnts i artiklar kring rökgasernas påverkan på CC-teknologier. Anledningen kan antingen vara att metallerna inte har någon inverkan på teknologierna eller att de studerade bränslena inte innehåller dessa metaller. Därför bör litteraturstudier kompletteras med experiment kring hur rökgasinnehåll från avfallsförbränning kan påverka CC-teknologier. Ännu en problematik är att koncentrationen av föroreningar i rökgaserna efter att avskiljningen av CO2 utförts kommer att öka. De miljörestriktioner som verket behöver följa är i vissa fall angivna som koncentrationsbegränsningar vilket gör att miljövärdena skulle kunna överskridas vid implementering av CCS. Det förs emellertid en dialog mellan Stockholm Exergi och myndigheter gällande denna problematik för att kunna förändra de föreskrifter och lagar som inte är baserade på möjligheten av förekomst av CCS på verket. Ytterligare en aspekt är att användning av CO2-avskiljning kommer leda till minskad hastighet rökgaserna från skorstenen. En högre halt föroreningar skulle därför kunna spridas till närområdet och effekterna av detta bör analyseras närmare.
Ett annat problem som uppstår vid användning av avfall som bränsle är den stora och oförutsägbara variationen av innehåll i avfallet. Det resulterar i att fler akuta problem kan uppstå på ett avfallseldat verk jämfört med till exempel kol, olja och biobränslen. Därför kan pannorna tappa last eller behöva genomgå akutstopp oftare. I diagrammen över CO2-halterna, se Figur 15, visas de stora variationerna och tillfälliga stopp som förekom under 2020, speciellt hade P6 ett mycket ostabilt flöde. Det här gör rökgasflödet mer osäkert och oförutsägbart än för andra verk. Eftersom det krävs ingenjörsarbete för att kunna anpassa CC-teknologierna för variationer i rökgasflödet är det därför mer komplicerat med implementering av CCS på ett avfallseldat verk. Speciellt för avskiljning från flera, men även för enstaka pannor. Förutom variation i rökgasflöde finns fler begränsande faktorer gällande avskiljning från samtliga pannor jämfört med enstaka. Det krävs större utrustning vilket både ökar arealåtgång och investeringskostnader. Om rökgaser från endast en panna används finns potential att använda fler typer av teknologier eftersom arealbehovet minskar. Dessutom ökar el- och värmebehovet samt driftkostnaderna markant om flera pannor används. Det gör i sin tur att leveransen av el- och fjärrvärme till kunderna påverkas i hög grad. Nackdelen med att avskilja från en panna är att mindre mängd CO2 kan fångas in och därmed minskar incitamenten för implementering av CCS. Resultatet skulle kunna bli att stora resurser läggs ner på att implementera CCS utan att klimatnyttan blir alltför stor. Dessutom minskar den potentiella ekonomiska vinningen som kan uppkomma i framtiden.
CCS är en dyr teknologi, både vad det gäller investering-, drift- och underhållskostnader. Det kommer dessutom vara dyrare för de som går i bräschen med att implementera CCS och bio-CCS. Ju längre tiden går desto mer kommer teknologin och systemlösningar ha mognat. Till följd av den höga investeringskostnaden är 3C och Svante intressanta teknologier eftersom de väntas ha hälften så stor investeringskostnad jämfört med de
93
konventionella teknologierna. En nackdel med 3C och Svante är att de ligger på 7 respektive 6 på TRL-skalan. Eftersom CC-teknologin är ett nytt område kommer aktörer inte våga investera i en anläggning förrän de är fullt kommersiellt utvecklade, det vill säga högre än TRL 9. Under 2020 köptes Compact Carbon Cature upp av Baker Huges, ett väletablerat amerikanskt företag som erbjuder tjänster inom bland annat energiområdet (Baker Hughes, 2020). Med hjälp av Baker Hughes kommer troligen utvecklingen och kommersialiseringen av 3C att påskyndas. Intresset för fasta adsorbenter är stort eftersom det har potential att erbjuda lägre behov av regenereringsenergi, högre CO2 upptagningsförmåga, högre resistens mot föroreningar i rökgaserna och högre stabilitet (Dutcher, et al., 2015). Utvecklige av Svante har de senaste 6 åren gått från TRL 1 till TRL 6 och inom de närmast åren väntas en demonstrationsanläggning byggas vilket troligen kommer bidra till att teknologin kommer att klättra på TRL-skalan (Kearns, et al., 2019).
Eftersom CCS är relaterat till höga kostnader är det viktigt att det skapas ekonomiska incitament och en marknad för bio-CCS inom en snar framtid. Under våren 2021 föreslog Energimyndigheten att ett statligt stöd för bio-CCS bör utformas genom omvända auktioner (Pousette, 2021). Dialog med aktörer har inletts och förväntas fördjupas under året för att i november 2021 kunna lägga fram ett författningsförslag. Det tyder på att det ekonomiska stödet kan komma att realiseras inom en snar framtid.
CCS är ett omdiskuterat ämne där en del av kritiken främst är riktat till införande av CCS på verk med förbränning av fossila- eller biobaserade bränslen. Kritiken handlar till stor del om att det är en “end-of-pipe" lösning som kan innebära att exempelvis kol- och oljeverk får ett argument för att inte byta ut sina verk mot förnybara källor. Kritiken mot biobaserade anläggningar avser ökad efterfrågan på biobränslen och användning av biomassa som kan leda till andra miljöproblem såsom minskad biologisk mångfald och markanvändning. Å andra sidan används endast restprodukter från andra industrier som använder biomassa till kraftvärmeverk eftersom primär biomassa inte får användas till förbränning. Användning av CCS och bio-CCS vid avfallsförbränning står inte inför samma problematik. För att uppnå ett mer hållbart samhälle i framtiden bör dock en högre grad av återvinning och återanvändning uppnås. Även om implementering av CCS på avfallseldade verk ökar klimatnyttan bör fortfarande de översta stegen i avfallstrappan prioriteras eftersom produktionen och konsumtionen är de grundläggande problemen till utsläppen. Trots en förväntad ökning av återvinning och återanvändning tror Klimatpolitiska vägvalsutredningen (2020) att avfallseldning kommer vara lönsamt en lång tid framöver. Det finns därför incitament för att implementera CCS så länge avfall förbränns eftersom det har en potential att fånga in fossila utsläppen och dessutom bidra till minusutsläpp.
Även om barriärer associerade med kostnad och marknad kan anses vara den viktigaste aspekten för implementering och spridning av CCS och bio-CCS behöver det även finnas en allmän acceptans för den nya teknologin. Förutom den tidigare nämnda kritiken har Seigoa et al. (2014) analyserat allmänhetens uppfattning av CCS. Den allmänna riskuppfattningen med CCS är starkt kopplat till faktorer utanför denna uppsats
94
systemgränser. Till exempel risk för läckage och övertryck i lagringsutrymmen vilket gör att CO2 återigen släpps ut. Det finns även en viss oro att CCS skulle minska budgeten för investering i förnybar energi (Budinis, et al., 2018). Om CCS däremot finns i en bredare portfolio med andra lösningar för att minska CO2 utsläpp finns den en större allmän acceptans. En problematik med att implementera CC-teknologier som använder aminer är dess toxicitet. Om de i sig eller deras biprodukter, såsom nitrosaminer, släpps ut i naturen bidrar det till miljö- och hälsofarliga aspekter. Om efterfrågan ökar på aminbaserade teknologier kommer riskerna med utsläpp att öka och den aspekten bör övervägas jämfört med klimatnyttan det bidrar till.
95
11 Slutsats
I masteruppsatsen undersöktes fyra koldioxidavskiljningsteknologier (CC-teknologier) vilka var aminteknoloign, Hot Potassium Carbonates (HPC), Compact Carbon Capture (3C) och Svante. Det fall som undersöktes var möjligheterna att implementera någon av de ovannämnda CC-teknologierna på Högdalenverket. Med en koldioxidavskiljningsförmåga på 90 procent har Högdalenverket möjlighet att avskilja 660 000 ton CO2 per år om koldioxid avskiljs från alla pannor och 238 000 ton CO2 per år om koldioxid avskiljs från P4. Resultaten visade att HPC och aminteknologin har högt el- och värmebehov, höga kostnader och kräver stora ytor vilket inte finns tillgängligt på Högdalenverket. Teknologierna kan därför anses som olämpliga att implementera. Det finns emellertid metoder för att reducera energibehovet och teknologiernas storlek vilka kan undersökas innan de utesluts som möjliga CC-teknologier. 3C och Svante visade bättre resultat på samtliga områden och har därför större möjlighet att implementeras. Nackdelen med teknologierna är att de ännu inte är kommersiellt tillgängliga
.
Nedan besvaras frågeställningarna som behandlats i masteruppsatsen i kronologisk ordning.Hur påverkas CC-teknologierna av Högdalenverkets rökgassamansättning med hänsyn till tekniska och miljörelaterade aspekter? Är det någon panna som är mindre lämplig att integrera i systemet till följd av dess rökgassammansättning?
De föroreningar som enligt litteraturen kan ha den högsta påverkan på alla teknologier är NO2 och SO2. Dessa
föroreningar kan leda till nedbrytning av sorbenterna vilket bland annat kan resultera i sämre CO2-upptagningsförmåga och korrosion på utrustningen. Nedbrytningsrisken är som högst för
aminteknologin och något lägre för de tre andra teknologierna. Vid användning av aminer kan dessutom reaktion med NO2 bilda cancerframkallande ämnen som inte får släppas ut i
atmosfären. Rökgassammansättningen innehöll majoriteten av tiden låga halter av NO2 och SO2. Däremot
förekom höga toppar av ämnena cirka 200 timmar om året vilket bör beaktas, speciellt vid användning av aminer.
Aminer har även hög risk att reagera med O2, vilket var av relativt hög halt i rökgaserna på verket. Speciellt för
aminteknologin skulle detta kunna leda till oxidativ nedbrytning vilket kan bilda korrosion och beläggningar samt hämma CO2-upptagningsförmågan. Om aminer används i 3C och Svante finns det risk
för oxidativ nedbrytning även för dessa teknologier, om än i lägre grad. Teknologierna använder sig av roterande bäddar vilket ökar motståndskraften mot degradation. Fasta adsorbenter, som Svante använder sig av, har även en lägre nedbrytningsrisk än vattenlösliga absorbenter.
Rökgassamansättningen var relativt lika för samtliga pannor och är således ingen begränsande faktor avseende tillämpning av CC-teknologin på samtliga pannor. Däremot kan rökgasflödet till CC-teknologierna komma
96
att variera mycket om flera pannor är inkopplade eftersom pannor behöver stängas av till och från vid akutstopp och revisioner. Att få CC-teknologierna att kunna hantera stora variationer i rökgasflöde kräver mycket ingenjörsarbete och höga kostnader.
Hur påverkas Högdalenverkets el- och fjärrvärmeleverans vid implementering av CC-teknologierna? Hur kan CC-teknologiernas el- och värmebehov reduceras?
Implementering av CC-teknologierna skulle påverka el- och fjärrvärmeleveransen i stor utsträckning eftersom teknikerna kräver el och värme. Resultaten visade att aminteknologin skulle ha den största påverkan på fjärrvärmeleveransen vilken skulle minska med cirka 40 procent om CO2 avskiljs från alla pannor.
Om CO2 endast avskiljs från P4 skulle fjärrvärmeleveransen minska med cirka tolv procent. Värme kan
återvinnas i högst grad vid implementering av HPC eftersom den, utöver att återvinna värme från kondensatet som bildas efter regenerering, kan återvinna värme vid kylning av rökgaserna efter komprimeringen. Det innebär att HPC skulle ha den lägsta påverkan på fjärrvärmeleveransen och skulle reducera leveransen med 13 procent i december och sju procent i juli om CO2 avskiljs från alla pannor.
Om CO2 avskiljs från endast P4 skulle leveransen minska med fyra respektive en procent.
Implementering av HPC skulle påverka elleveransen i störst utsträckning eftersom rökgaserna måste komprimeras innan de förs in i absorptionskolonnen vilket kräver mycket el. I tre av de fyra fallen som undersöktes skulle HPC-anläggningen kräva mer el än vad Högdalenverket producerar. Elleveransen skulle minska mellan cirka 200 och 600 procent. Svante visade den lägsta påverkan på elleveransen vilken skulle minska med högst 59 procent och minst 6 procent, i fallen då CO2 avskiljs från alla pannor i april respektive då
CO2 avskiljs från endast P4 i december.
Implementering av 3C och Svante skulle påverka både el- och fjärrvärmeleveransen i lägst grad jämfört med aminteknologin och HPC. I masteruppsatsen undersöktes emellertid åtgärder för att minska el- och värmebehovet för aminteknologin och HPC, vilket således skulle kunna minska påverkan på el- och fjärrvärmeleveransen. Åtgärder som diskuterades var att undersöka optimal värmeåtervinning, exempelvis genom pinchanalys. Även sammansättning, koncentration och flöde av absorbentlösningen kan undersökas. Vidare har högre kolonner visat sig minska energibehovet. Slutligen kan modifieringar på avskiljningsprocessen göras där ett exempel är att dela upp flödet av absorptionslösningen i två strömmar in till kolonnerna. Eftersom 3C och Svante i sig är nya, processintensifierade, teknologier undersöktes inte åtgärder för att minska deras el- och värmebehov.
Var kan CC-teknologin placeras på Högdalenverket?
CC-teknologierna kräver stora ytor vilket är problematiskt eftersom Högdalenverket har begränsat med tillgängliga ytor. För aminteknologin och HPC som har allra störst arealåtgång finns tre ytor tillgängliga vilka
97
inga är optimala. En av de potentiella placeringarna är nära ingången till verket, vilket är långt från skorsten och därför kräver långa rördragningar. En annan är en plats reserverad för att potentiellt bygga en ny panna, denna placering är nära skorsten men fungerar enbart om projektet med den nya pannan inte genomförs. En tredje placering är utanför områdets gränser, ytan är i så fall obegränsad men kräver markköp och dessutom sägs marken vara olämplig att gräva i.
3C och Svante sägs kräva mindre yta än konventionella teknologi vilket gör att det finns två ytterligare placeringar som kan vara möjliga. Den ena på en plats där det står kallkondensatorer som är ur drift och därför skulle kunna monteras ned. Den andra är där en panna som nyligen tagits ur drift, P2, stått. Denna placering skulle vara gynnsam eftersom det är enkelt att bygga utrustning i våningar på denna plats. Eftersom teknologierna ännu inte är fullt utvecklade krävs dock mer information i framtiden för att säga något med säkerhet.
Vilka ekonomiska aspekter bör beaktas vid implementering av CC-teknologierna?
De ekonomiska aspekter som bör beaktas vid implementering av CC-teknologierna är investerings-, drift- och underhållskostnader samt vilka ekonomiska incitament det finns för att implementera CC-teknologier. Investeringskostnaden visade sig vara högst för aminteknologin och HPC där en uppskattning baserat på tidigare forskning var kring 200 MSEK. 3C och Svante sägs kunna ha en 50 procent lägre investeringskostnad än de konventionella teknologierna till följd av deras kompaktare design. Aminer är dyrare än kaliumkarbonat vilket gör den initiala solventkostnaden högre för aminteknologin och 3C som använder aminer jämfört med HPC. Kostnaden för de nanomaterial som används i Svante varierar men en del material kan vara dyrare än den vanliga aminen MEA. En fördel med Svante är att teknologin är materialagnostisk vilket innebär att billigare material kan bli tillgängliga i framtiden. Jämfört med aminteknologin bör 3C ha mindre underhållskostnader då den har lägre degradation av absorbenten vilket innebär mindre skador på utrusning och att mindre absorbent behöver ersättas. En kostnad att ta hänsyn till vid implementering av både aminteknologin och 3C är emellertid kostnaden för att hantera aminer då de är hälsofarliga.
Driftkostnaden, där CC-teknologiernas el- och värmebehov är en stor del, är viktig att beakta. Elen är värd