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

� 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

� 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?

3

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

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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?

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

� 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)

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

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

� 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

Evolução dos custos de CCS

Fonte: Alstom, WCA Workshop 2015 26

Ref PP: UTE sem CCS

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

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

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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Levi Souto Jr

levi.souto@eneva.com.br

Obrigado!