ČTPB Dělnická 12, 170 00 Praha 7 Č eská T echnologická P latforma pro užití B iosložek v dopravě a chemickém průmyslu Workshop METAN 9.12.2010 Dělnická.

Prezentace na téma: "ČTPB Dělnická 12, 170 00 Praha 7 Č eská T echnologická P latforma pro užití B iosložek v dopravě a chemickém průmyslu Workshop METAN 9.12.2010 Dělnická."— Transkript prezentace:

1 ČTPB Dělnická 12, 170 00 Praha 7 Č eská T echnologická P latforma pro užití B iosložek v dopravě a chemickém průmyslu Workshop METAN 9.12.2010 Dělnická 12 - Holešovice Ing. Leoš Gál Předseda řídícího výboru ČTPB

2 Co nás zde všechny spojuje společný energetický kontext

3 IEA již od 2008 ustupuje od tradičně smířlivého tónu a mluví o nezbytnosti transformace světové energetiky směrem k větší udržitelnosti. Jinak podle IEA v budoucnu hrozí katastrofa. nynější globální trendy v dodávkách a spotřebě energie jsou dlouhodobě neudržitelné, a to z ekonomického, sociálního i „environmentálního“ hlediska“. www.iea.org/ Proč ten pesimistický (katastrofický) tón ?! 2007 – 2011 Nobuo Tanaka z Japonska Maria van der Hoeven – Holandsko Mirek Topolánek - ČR

4 ITER, HiPER… problémy „donutit“ spojení jádra vodíku v řízené reakci … v nedohlednu. TJF - Globální efektivní řešení (bez ohledu na sociologické dopady) … v nedohlednu !! Disponibilní vodík na planetě ZEM ??? - prozatím stále jenom z NG!! TERMOJADERNÁ FÚZE

5 Světové zásoby uhlí v jednotlivých státech světa dle BP jsou v součtu jednotlivých zemí (včetně ČR) odhadovány na 826 001 mil tun. Světové zásoby uhlí – při stávající spotřebě (R/P ratio)………… cca 122 let [1][1] http://www.bp.com/liveassets/bp_internet/globalbp/globalbp_uk_eng lish/reports_and_publications/statistical_energy_review_2008/STAG ING/local_assets/2009_downloads/coal_table_of_proved_coal_rese rves_2009.pdf UHLÍ

6 Celosvětové zásoby zemního plynu dle jednotlivých zemí podle BP 185 trilionů m3 tedy 185x 10 18 m3. Data byla tvořena ve spolupráci s CEDIGAS a sekretariátem OPEC. Světové zásoby zemného plynu – (R/P ratio)………… cca 60,4 let [2][2] [2] http://www.bp.com/liveassets/bp_internet/globalbp/globalbp_uk_eng lish/reports_and_publications/statistical_energy_review_2008/STAG ING/local_assets/2009_downloads/gas_table_of_proved_natural_ga s_reserves_2009.pdf http://www.bp.com/liveassets/bp_internet/globalbp/globalbp_uk_eng lish/reports_and_publications/statistical_energy_review_2008/STAG ING/local_assets/2009_downloads/gas_table_of_proved_natural_ga s_reserves_2009.pdf ZEMNÍ PLYN

7 BP udává světové zásoby ropy v jednotlivých krajinách světa včetně metodologie získaných dat na 1 258 miliard barelů. Studie z roku 2008 mírně snížila zásoby v Rusku, Norsku, Číně a dalších zemích (o 3 mld. barelů), ale naopak zvýšila odhad zásob Venezuely a Angoly (o 23 mld. barelů). Zásoby BP uvádí opět podle jednotlivých zemí. Světové zásoby ropy – (R/P ratio)………… cca 42 let [3][3] http://www.bp.com/liveassets/bp_internet/globalbp/globalbp_uk_english/reports _and_publications/statistical_energy_review_2008/STAGING/local_assets/2 009_downloads/oil_table_proved_oil_reserves_2009.pdf ROPA

8 SITUACE v ČR Žádná ropa Žádný plyn Uhlí na 40 let …..vyuhlení 2052 Jaderná „velmoc“ ( pozitivní postoj k jádru - všeobecně) BIOMASA a její preference – KVET Biopaliva 1. generace B1G – nemá zvýhodnění

9 Kde začínají partikulární zájmy i když společných zájmů TRANSPORTNÍ PRŮMYSL

10 Druhy, typy paliv- transportní průmysl 1.GENERACE - MEŘO, etanol, butanol, …Narazila na objemové hranice, další extenzivní rozvoj není žádoucí ( diverzita, potraviny…) 2.GENERACE –škála různých typů dle vstupní hmoty: BtL- Biomass to liquid - Kapalné palivo z biomasy GtL - Gas to liquid – Kapalné palivo z plynu CtL – Coal to liquid – Kapalné palivo z uhlí XtL – Kapalné palivo z mixu biomasy a uhlí MtG – Metanol to gasoline MtS – Metanol to synfuel - kapalné palivo benzínového typu z CH4 Další – Etanol z lignocellulozy, Metan (SNG), DME,…. http://www.scribd.com/doc/3825160/Gas-to-Liquids-GTL-Technology

11 Lesní těžební zbytky Rychle rostoucí dřeviny Energetické plodiny Zemědělské odpady Řepkový šrot Řasy a mikrořasy KO - BRKO OLEJ vylisovaný z biomasy Methyl- acetát C3 H6 O2 CH3COOCH3 DME C2H6O CH3OCH 3 Formaldeh yd CH2O HCHO Kyselina octová C2H4O2 HCHO METAN CH4 Etylen C2H4 SYNGAS CO + H2 15. Katalytické syntézy SYNGASu 13.Zplynován í GASIFIKACE 7.Metanizace (Gussing) 1.Lisování olejů 2.Spalování, pyrolýza 3.Biofotolýza 4.Fermentace / Autotermní reforming Etanol CH3CH2OH Butanol C4H10O Vodík H2 Elektrická energie 8.Fermentace 9.Biofotolýza (fotokatalýza) 10. KVET 11. Pyrolýza 12.Transesterifikace FAME (MEŘO) Kerosene letecké palivo Naphtha ( olefíny,solventy) Vosky BtL palivo 17.IGCC-Integrated Combine Cycle 18.IC-Integr.obvody 19.Palivové články AFC,PEMFC 6.HTU- Hydro Thermal Upgrading 5.ANAEROBNÍ DIGESCE 16.Fischer Tropsch MtG palivo Metanol CH3OH BIOMASA pro energetiku Separace Proteiny Fine chemica ls Plasty, uhelné odpady,pneu,.. bio oil pH 3 OZEOZE metabolizmu s mikroorganiz mů Separace 14. Syntetick á biologie NexBtL 20.Hydrogena ce 21.Deoxidace dieselové palivo molecular H2 22. SRM Steam reformation steam reforming Vodík H2 APR Aqueous phase reforming Autothermal Reforming (flash) Téma dnešního workshopu Metan CH4 Téma dnešního workshopu SYNGAS CO+H2

12 Transfer biomasy Intermediát - SYNGAS KVET SYNTETICKÁ ROPA, PALIVOVÉ ČLÁNKY, H2…vyšší chemie Metan CH4 SYNGAS CO+H2 SYNGAS CO+H2 Metan CH4

13 Proces –zplynování Gasifikace Vodík H2H2 35-45 % Oxid uhelnatý CO22-25 % Oxid uhličitýCO 2 20-23 % MethanCH 4 9-12 % EthenCH 2 =CH 2 2-3 % DusíkN2N2 2-3 % SYNGAS CO+H2

14 Proces –mikrobiální proměna organických látek (anaerobní digesce) Biomasa (1kg) + teplo → CO 2 + CH 4 +H 2 S + NH 4 + digestát (0,1 kg) +0,16 kJ/mol Endotermní proces - nutno teplo dodávat Složení bioplynu obj. %: CH 4 …….55-75% CO 2 ……. 25-50% N 2 ……….0-10% H 2 …. ……0-1% H 2 S…….. 0-3% O 2 ………. 0-2% Výhřevnost: 18- 26 MJ/m3 Metan CH4

15 1.SYNGAS – syntetický plyn CO + H2 vhodný k dalším syntézám !!! Svítiplyn, Blue Water Gas 2. BIOPLYN – rozklad látek biogenního původu anaerobní digesce CH4 na nejjednodušší alkan tedy uhlovodík vůbec.alkanuhlovodík Biometan, Karban, Bahenní plyn Vyrobené OZE plyny:

16 1. SYNGAS – výhoda variabilita užití Dieslový typ Diesel (C12-C18): 16 CO + 33 H2 → C16H34 + 16 H2O Metanol: CO + 2H2→ CH3OH Benzínový typ Benzín (C5-C11): 8 CO + 17 H2 → C8H18 + 8 H2O Vodík a palivové články KVET

17 2.Metan – základní složka NG KVET metanu- funguje velmi dobře 1. Nebezpečná reaktivita Methan může reagovat explozivně s kyslíkem CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O. Prudce může reagovat metan i s plynným chlórem 2. Nejhorší prvek z hlediska GHG - cca 20x „horší“ parametry GHG než CO2 Otázka: Jsou toto hlavní důvody, proč nedochází k rozvoji přímého užití formou CNG?

18 I. Cesta – Gasifikace uhlí (biomasy) II. Cesta výroby ze zemního plynu Výroba syntetického plynu SYNGAS V principu: CH4 + H2O → CO + 3 H2CH4H2OCOH2

19 I. Cesta – Gasifikace uhlí (biomasy) Výroba syntetického plynu SYNGAS

20 26 tlakových generátorů ø 3000 mm na zplyňování uhlí při tlaku 25 bar, vybudována v letech 1965 - 1970, produkt- SYNGAS 1 mld. m3/rok využívaný v paroplynovém cyklu energetického komplexu. Nově přetryskování obou turbín, umožňuje elektrárně využití SYNGASu vyrobeného štěpením dehtů, fenolů a dalších látek … Zplyňovací elektrárna Vřesová I. Cesta – Gasifikace uhlí (biomasy)

21 II. Cesta výroby ze zemního plynu Výroba syntetického plynu SYNGAS

22 II. Cesta výroby ze zemního plynu 1.Direct - přímá Výhoda: eliminuje náklady na produkci SYNGASU Nevýhoda: vysoká aktivace energie – těžce říditelná Stav: několik procesů bylo vyvinuto - žádná komerční koncovka !!! 2. Indirect – nepřímá přes SYNGAS Výhoda: variabilita a univerzálnost SYNGASU viz next slide Nevýhoda: ekonomicky náročné - termické procesy Dvě známé cesty transferu metanu (zemního plynu) na tzv. Gas to liquid (GTL) - syntetický petrolejářský produkt (syncrude) Otázka: Je přímá cesta využití metanu k syntézám opravdu slepá cesta????

23 Cesty transferu NG na SYNGAS: 1.Parciální oxidace - PO 2.Parní reforming - SR 3.Autothermal reforming - ATR 4.Shell gasification process – SGP 5.New Ceramic Membrane Method - CMM

24 1. P arciální O xidace PARCIÁLNÍ OXIDACE (1200 -1500°C) –exotermní CH 4 + 1/2 O 2 → CO + 2 H 2 následně CO + H 2 → - CH - + H 2 O Syntetický uhlovodík - bez síry, aromátů, - dál rafinován – diesel,naphta, vosky.. Proces běží i bez katalyzátorů H2H2 61 CO35 CO 2 3 CH4- H 2 /CO2 H = - 36 kJ/mole Catalytická PO - Co, Ni katalyzátory urychlují procesy

25 2. S team R eforming PARNÍ REFORMING (800 1000°C, 30 atm) CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 CH 4 + 2 H 2 O → CO 2 + 4H 2 H = + 206 kJ/mole CH 4 + CO 2 → 2CO + 2H 2 ( endotermní) H2H2 73-76 CO17-12 CO 2 5 - 11 CH41 - 4 H 2 /CO3 Ni katalyzátor Nevyšší výtěžnost vodíků

26 3. A uto T hermal R eforming Kombinace PO a SR v jednom kroku CH 4 + 1/2 O 2 → CO + 2 H 2 H = - 36 kJ/mole CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 H = + 206 kJ/mole WGS - Water-Gas Shift reaction CO + H 2 0 CO 2 + H 2 H = - 41 kJ/mole H2H2 68 CO21 CO 2 10 CH4 0,5 H 2 /CO2

27 4. S hell G asification P rocess Od roku 1950 bylo postaveno cca 150 jednotek Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS) Nezávislý LCA audit potvrdil lepší parametry než moderní rafinerie. Proces výroby SYNGASU z nižšího objemu vstupního NG ( cca o 3,5%) ale na úkor nutnosti vyšší spotřeby kyslíku. H2H2 65,1 CO34,9 CO 2 1,7 - 3 CH4 1,27 H 2 /CO1,86 http://www.uhde.eu/cgi- bin/byteserver.pl/pdf/broschueren/Oil_Gas _Refinery/Shell_Gasification_Process.pdf

28 5. N ew C eramic M embrane M ethod DoE, NETL a Eltron Research Corp. vyvinuli novou třídu keramických membrán Projected End Date: February 28, 2010 The newly patented material is the key to a revolutionary gas-to-liquids technology that can combine two processes: (1) Separating oxygen from air (2) Reacting oxygen with NG to produce SYNGAS Ostatní způsoby vyžadují 2, nebo více energeticky náročných kroků k výrobě SYNGASU. Nový katalytický keramický membránový reaktor eliminuje potřebu výroby kyslíku a integruje celý proces do komplexního jednoho procesu a nepotřebuje externí energii na PO H2H2 CO CO 2 CH4 H 2 /CO http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress05/iv_a_11_chen.pdf

29 Složení SYNGASu UHLÍ Z E M N Í P L Y N BIOMASA 12345 ZPLYŇOVÁNÍPOSRATRSGPCMM H2H2 67,86173-766865,1 CO28,73517-122134,9 CO 2 2,935 - 11101,7 - 3 CH40,6-1 - 40,51,27 H2/ CO > 22321,86

30 Výrobny SYNGASU ze zemního plynu Obří projekty Hlavní hráči

31 1.Sasol- Jižní Afrika Arge tubular fixed-bed reactor technology Sasol GtL proces 3 kroky: 1. Reforming NG kyslíkem a párou (Ni katalyzátor) na SYNGAS. 2. Konverze SYNGASu na vosky s dlouhým řetězcem v Sasol Slurry FT reactoru. 3. Selektivní krak voskových uhlovodíků na GTL diesel, kerosene, naphthu SASOL kooperuje s Chevron a Statoil

32 A- High Temperature Fischer-Tropsch (HTFT) reactors: 1) Synthol-Circulating Fluidized Bed (SCFB) reactor (Synthol) 2) The Sasol Advanced Synthol (SAS) reactor B- Low Temperature Fischer-Tropsch (LTFT) Reactors: 1) Multi-Tubular Fixed Bed (MTFB) reactor 2) Slurry Phase (SP) reactor TECHNOLOGIE SASOL :

33 2.Statoil - Norway Statoil vyvinul katalytický reaktor F-T k produkci „middle distillates“ u NG Jedná se o 3 fázový „slurry type reactor“, ve kterém je SYNGAS „fed to a suspension of catalyst particles in a hydrocarbon slurry“, co je produkt samotného procesu.

34 3.Shell -R&D od 1940 -development of the Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS) route, a modified F-T process -1993 - 12 000 bbl/day plant Bintulu, Malaysia -Quatar – Pearl –největší GtL na světě -http://www.shell.com/pearlgtlprocesshttp://www.shell.com/pearlgtlprocess

35 Shell - Největší GtL na světě Quatar – Pearl (18-19 mld USD) GTL gasoil, kerosene, naphtha, normal paraffin and base oils for lubricants Otázka: Proč tyto investice na tranfer NG na SYNGAS a ne rozvoj přímého užití formou CNG?

36 4. Exxon Mobil a SYNTROLEUM 2004 – kooperace se SYNTROLEUM „ExxonMobil's GTL Vyvinul 3 krokový proces : 1.Fluidní lože – katalytický POX 2.Slurry fáze F-T 3.Zušlechtění produktu hydroisomerací. "Advanced Gas Conversion for the 21st Century (AGC- 21)„ Exxon claims better catalysts and improved oxygen-extraction technologies have reduced the capital cost of the process.

37 5. SYNTROLEUM Vyvinul 2 krokový proces: 1.NG + vzduch – autothermal reactor 2.Na báze F-T s katalyz. Syntroleum.. "Synthetic Crude Oil" Proces se zlevňuje, nepotřebuje dodávat kyslík, je možný technologický DOWNSACALE Syntroleum managed to build small GTL plants of production capacity between 2,000-10,000 bbl/day. Some of these plants are portable and can be installed on floating barges to be used with small or far see natural gas fields

38 6. CHEVRON Isocracking is a Chevron proprietary process used to upgrade waxy syncrudes, by separating heavier molecules, which are usually solid at room temperature, then rearranging them so they become liquid Aktivní je v Nigérii 7. Rentech, ConocoPhilips

39 JAPONSKO - JOGMEC + Nippon GTL Technology Research Demonstration plant …500 bbl/day INPEX CORPORATION, Nippon Oil Corporation, Japan Petroleum Exploration Co., Ltd., COSMO OIL Co., Ltd., NIPPON STEEL ENGINEERING Co., Ltd., and CHIYODA Corporation A unique feature of the JOGMEC-GTL process is that it is capable of utilizing carbon dioxide contained in the feedstock in addition to methane and steam, and that it does not require any oxygen supply for the Syngas Reaction

40 GtL RESEARCH F –T : Sasol, Shell, ExxonMobile, Syntroleum. - Sasol a Shell mají funkční běžící jednotky GTL South Africa a Malaysia, - ExxonMobil a Syntroleum stále jenom pilot R&D plant. Společnosti vyvinuli rozličné druhy F-T technologií na rozličných reaktorech a katalyzátorech. Výzkumu se dále věnují : Chevron,Rentech,ConocoPhilips,Mossgas, FosterWheeler, Ivanho Energy.

41 Mid size Gas to Liquids (GTL) plants: Kategorie s produkcí 5,000 - 30,000 bbl/den Sem patří první generace Sasol, Mossgas plant v Jižní Africe, Shell - Bintulu v Malaysii -12,500 bbl/day

42 Small GTL production units: Kategorie s produkcí 1,000 - 5,000 bbl/den Fixní nebo i mobilní jednotky unit invented by Alchem

43 Zásadní otázka asi na VŠCHT: Proč jsou obrovské investice vynakládány na transfer NG na SYNGAS ??? Na první pohled je logičtější přímé užití formou CNG, separace H2, fuel cells,…

44 Strategická křižovatka s otazníkem !? Co dál s NG (metanem), v oblasti transportnímu průmyslu: 1. Elektřina – elektromobily ? 2. Transfer na SYNGAS ? 3. Direct cesta užití NG ?

45 VW a Lichtblick Domácí elektrárny – 2 litr. motor na plynový pohon z VW Touran a Caddy VW pro společnost Lichtblick největší dodavatel ekologického proudu v Německu. Zařízení jsou určená pro velké rodinné domy, společenství bytů nebo komunální zařízení Během šesti let by firma chtěla prodat 100.000 těchto elektráren do sklepa. Jejich společný výkon by se pak rovnal dvěma jaderným elektrárnám a při propojení by vytvořily největší virtuální plynovou elektrárnu v zemi. Český TEDOM a ČEZ by tohle uměl taky ?! http://www.auto.cz/volkswagen-zacal-v-nemecku-vyrabet-domaci-tepelne-elektrarny-52967 1. Elektřina – elektromobily

46 E- mobilita v ČR ČEZ připravuje do roku 2012 - 150 dobíjecích stanic pro elektromobily. Peugeot ČEZu poskytne formou tříletého pronájmu 10 vozů typu iOn od jara roku 2011 a dalších 55 vozů v roce 2012 E.ON Zapůjčuje svým partnerů, Smart ED a elektrické skútry e-max. ŠKODA 2001- E- Octavia ……..

47 Mnoho významných hráčů na trhu v R&D GtL Možnosti sofistikovanějších paliv s vyšší efektivitou energetického transferu VODÍK, PALIVOVÉ ČLÁNKY Asi nutný mezikrok transferu CH4 na SYNGAS?! 2. Transfer na SYNGAS ?

48 Dělá v tom někdo něco? Jaké jsou perspektivy CNG? 3. Direct cesta užití NG ?

49 Cenové rozhodnutí Energetického regulačního úřadu č. 2/2010 ze dne 8. listopadu 2010, http://www.eru.cz/user_data/files/cenova%20rozhodnuti/CR%2 0elektro/2_2010_OZE-KVET-DZ%20final.pdf

50 OZE – bioplyn Bioplynové stanice, skládkový, kalový a důlní plyn zachovány současné kategorie - respektování palivových nákladů (od roku 2006 se nerozlišuje datum uvedení do provozu), Výkupní ceny u AF1 a AF2 ponechány na úrovni roku 2010 (palivové náklady nenarostly), (Kategorizace AF1,.. Vyhláška č. 482/2005 Sb) pro ČOV a skládkový plyn navýšeny ceny o 2 % Nadále umožněno využití dodávek bioplynu do plynárenské sítě v kategorii AF2 při splnění: –účinnost vysokoúčinné kogenerace min. 75 % –doložení pořízení bioplynu; posuzuje se tepelný ekvivalent v daném roce, –kvalita a složení dodaného bioplynu splňuje technické podmínky plynárenských soustav –dodávka a odběr plynu měřen průběhovým měřením typu A

51 Otázka vtláčení bioplynu do plynárenské soustavy? je třeba uvažovat reálné náklady na palivo je třeba uvažovat možnost vyššího využití tepla má se podporovat dražší forma výroby elektřiny z bioplynu v případě oddělené výroby elektřiny

52 Předběžné stanovisko ČTPB Rozhodně PODPOROVAT vtlačování do sítě NG, tam, kde síť plynovodů existuje. Zachování šance implementovat efektivní energetickou transverzní Preferovat tak všechny 3 možnosti energetického užití: Tepla El.energie Transportní průmysl - chemický průmysl, H2, palivové články,… Dnešní spalování, a zítřejší lokální užití bioplynu BLOKUJE perspektivní cesty efektivnější energetice a chemii zítřka! Prozatímní předběžné stanovisko ČTPB: Nepodporovat (dotačně) lokální energetický transfer !!!! ?? Případně v malých objemech a vyvarovat se chyb z fotovoltaiky.

53 OHROŽENÍ PRO UHLOVODÍKOVOU CHEMII Intermediát - SYNGAS KVET SYNTETICKÁ ROPA, PALIVOVÉ ČLÁNKY, H2…vyšší chemie Metan CH4 SYNGAS CO+H2 Metan CH4

54 Stanovisko ČTPB Je žádoucí a nutné přistupovat k obnovitelným zdrojům C a H2 (biomase, dendromase, fytomase, odpadům…) optikou celospolečenských zájmů, bez priorizace partikulárních, skupinových zájmů perspektivou dlouhodobé udržitelnosti a maximální efektivity. To není fráze, vzhledem na budoucí investiční angažovanost, která determinuje budoucí toky zdrojové báze a technicko-technologickou budoucí realitu….