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Levi Souto Jr.Associação Brasileira do Carvão Mineral - ABCMRio de Janeiro, 22 de outubro de 2015
XVI Congresso Brasileiro de Energia
Tecnologias para o uso do carvão
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� A urbanização da população mundial tem promovido o aumento do consumo de energiaelétrica
� 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
A urbanização do planeta
Fonte: United Nations (2014). World urbanization prospects. esa.un.org/unpd/wup/
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1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
%
População Urbana x Rural
Urbana Mundo Rural Mundo
Urbana Brasil Rural Brasil
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� Crescente demanda de energia para uma população cada vez mais urbanizada
� Segundo projeção da International Energy Agency (IEA), a matriz global de energiaprimária em 2040 será:
Fonte: IEA, WEO 2014
� A demanda de energia crescerá 37% no período
� Combustíveis fosseis reduzirão sua participação de 81% para 74%
E como atender a essa população?
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Fonte: IEA, WEO 2014
Geração de energia elétrica mundial por fonte
Cenário de “Novas Politicas”
O carvão é importante hoje e no futuro da matriz energética mundial
Matriz de energia elétrica mundial
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India
World
1 000
2 000
3 000
4 000
5 000
6 000
7 000
1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040
Mtce
1987: European coal demand peak2005: US coal demand peak
Chinese coal demand plateau
India: 2nd largest coal
consumer by 2020
Other
India
China
United StatesEurope
Demanda global de carvão por região
� O crescimento da demanda mundial de carvão diminui rapidamente devido a políticasambientais mais rigorosas. Por isso, a importância de plantas de alta eficiência ecaptura de CO2 para o futuro do carvão
Quem está consumindo todo esse carvão?
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Combustão
Gaseificação
CCS
HELE
CtG
CtL
High Efficiency, Low Emission
Carbon Capture and Storage
Coal to Gas
Coal to Liquid
Utilização do carvão
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Fonte: VGB PowerTech 2013
� 1% aumento da eficiência = 2-3% diminuição das emissões de CO2
� O aumento global da eficiência das centrais termelétricas dos atuais 33% para 40% pormeio 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)
Como reduzir emissões?
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+ Eficiência – Emissões de CO2
TecnologiaPressão SH
(bar)Temp SH(°C)
Eficiência(%)
Subcrítico <221 até 565 33-39
Supercrítico 221-250 540-580 38-42
Ultra-supercrítico >250 >600 >42
USC avançado* >270 700 50
* ainda não disponivel comercialmente
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� 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 idademédia de 15a
Base Instalada de UTEs a carvão no mundo: 1.825 GW
Situação da frota mundial das UTEs
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Frota das UTEs a carvão da CHINA:
� 41% da frota a carvão do mundo (1º)
� 37% da emissão global de CO2 pelatermoeletricidade a carvão
� Estratégia de aposentar usinas após 25anos de operação
Frota das UTEs a carvão da ÍNDIA:
� 6% da frota a carvão do mundo (3º)
� 8% da emissão global de CO2 pelatermoeletricidade a carvão
� Estratégia de aposentar usinas SC após25 anos de operação
UTEs de alta eficiência e baixa emissão já são realidades
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� A adição de biomassa ao carvão promoveredução de CO2
� O desafio é a disponibilidade de biomassapróxima à UTE a custo competitivo
� Há limite técnico para a misturacarvão/biomassa (10 a 30%)
� Com o desenvolvimento da tecnologia deleito fluidizado circulante (CFB), que é maisflexível quanto ao combustível, o co-firingaumentou sua participação paradescarbonização do carvão
1% de biomassa ≈≈≈≈ 1% de redução de CO2
Co-firing também é uma opção para diminuir emissões
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� China
� 600 MW CFB
� Supercrítica
� 41% de eficiência
� 254 bar @ 571°C / 1900t/h
� Flexibilidade de carvão
� Caldeira:Harbin/Shanghai/Dongfang
� Operação comercial: 2014
BAIMA | 600 MW
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� 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
SHANGHAI WAIGAOQIAO 31.000 MW
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� Dinamarca� 440 MW PC� Ultra Supercrítica� 290 bar @ 580°C� 47% de eficiência� Operação comercial: 1998
NORDJYLLAND 3 | 440 MW
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� 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
LÜNEN 3 | 750 MW
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� 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
RDK 8 | 912 MW
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� Malásia� 1.080 MW PC� Ultra Supercrítica� 40% de eficiência� 282 bar @ 600°C 3.226 t/h� Caldeira: Alstom� Operação comercial: 2015
MANJUNG 4 | 1.080 MW
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� Air Pollution Prevention and Control ActionPlan:� “High-Quality Green Power Generation Plan”para UTEs existentes
� “Near-Zero Emission Project” para novas UTEs
� Feed-in tariffs para incentivar oinvestimento
SHENHUA GUOHUA Power Company“Near zero emissions”
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Limites de emissão estabelecido peloGoverno Chinês a partir de 2011
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� Zaklady Azotowe Pulawy� Complexo Industrial ECOPLEX� Polônia� 330 MW� 93.5%+ remoção de SO2� Início de operação: 2013
Dessulfurização utilizando Amônia
� Utilizando amônia como reagenteno processo de dessulfurização, osubproduto é o Sulfato de Amônio
� É uma alternativa à utilização decal/calcário e ainda gera receitapela venda do subproduto
� Brasil importa 90% do sulfato deamônio, amplamente utilizado nafabricação de fertilizantes
Fonte: Marsulex Environmental Technologies (MET)
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CapturaTransporte
Estocagem
� Post Combustion� Pre Combustion� Oxy fuel
� Pipelines� Navios
� Camadas de Carvão: 40 Gt CO2
� Campos de óleo e gás: 1.000 Gt CO2
� Aquíferos salinos: até 10.000 Gt CO2
CCS: uma alternativa importante na redução de CO2
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Rotas tecnológicas de CCS
O Syngas, uma mistura de H2,CO e CO2, é gerado a partir decombustíveis fósseis oubiomassa. O CO2 pode serremovido resultando umcombustível ou matéria primapara outras aplicações.
O CO2 é capturado a partir daexaustão do processo decombustão por absorção comum solvente adequado. O CO2absorvido é libertado dosolvente, comprimido para otransporte e armazenamento.
Oxy Combustion
O2 é previamente separado doar e o combustível é queimadonuma atmosfera rica em O2 livrede nitrogênio. Resulta efluentesgasosos constituídos por H2O eCO2 em uma alta concentração,o que facilita a purificação.
Pre Combustion
Post Combustion
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� 14 projetos de CCS de larga escala em operação, 8 em construção e 14 emdesenvolvimento
� 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 reduçãode custos
� Políticas de incentivo para permitiro desenvolvimento
Visão 2030� CCS é uma indústria real
� 2 Gt CO2/ano
� P&D continuo, redução de custossignificativos 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 GtCO2/ano
� 3400 plantas de CCS em operaçãono mundo
Fonte: Rota de desenvolvimento de tecnologia CCS. Roadmap do IEA
Desenvolvimento do CCS
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� 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 kmde profundidade para melhorar a recuperação de óleo
BOUNDARY DAM
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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
SATC/CTCLCentro Tecnológico de Carvão Limpo
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Custo do CCS Post Comb 2032/2033
Fonte: Alstom, WCA Workshop 201525
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Evolução dos custos de CCS
Fonte: Alstom, WCA Workshop 2015 26
Ref PP: UTE sem CCS
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Política de paridade entretodas as tecnologias debaixa emissão é essencial
CCS: por que a demora no progresso?
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� 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%)
Gaseificação: tecnologia já consolidada
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GaseificadorGaseificador
Gás de
sínteseH₂ + CO
Processo de
Liquefação
Processo de
Liquefação
Coal to Gas (CTG) Syngas to Liquids
Produtos
� Metanol
� Gás Liquefeito
� Olefinas
� Polímeros
� Gasolina, querosene e
diesel
� Uréia (Fertilizantes)
Produtos�Geração
elétrica
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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
Gaseificação: eletricidade é menos atrativo
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Source: Higman Consulting, GTC Database, 2014
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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
Conclusões
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