¿ Carbón Como Combustible Alternativo? National Energy Technology Laboratory Office of Fossil Energy U.S. Department of Energy V Congreso Latino Americano.

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1 ¿ Carbón Como Combustible Alternativo? National Energy Technology Laboratory Office of Fossil Energy U.S. Department of Energy V Congreso Latino Americano y del Caribe de Gas y Electricidad Buenos Aires, Argentina 15-18 de mayo de 2006 Ing. Maria Reidpath Programa Internacional

2 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 ¿ Carbón?

3 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Tasa de Reservas/Producción de Combustibles Fósiles de EE.UU Sources: BP Statistical Review, June 2004, - for coal reserves data - World Energy Council; EIA, Advance Summary U.S. Crude Oil, Natural Gas, and Natural Gas Liquids Reserves, 2003 Annual Report, September 22, 2004 - for oil and gas reserves data - En Estados Unidos: ¡250 Años de Reservas Probadas! Anthracite & Bituminous Sub- Bituminous & Lignite

4 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Particulate Matter Index: 1970 = 1 Coal Use Electricity Generation NO x SO 2 Year EPA, National Air Quality and Emissions Trends Report, 1999 (March 2001) DOE, EIA Annual Energy Review Projections for NO x and SO 2 : Clear Skies Initiative ¡El Carbón Se Vuelve más Limpio Mientras la Demanda Crece!

5 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Reducción de Emisiones de CO 2 (Todos los Combustibles Fósiles & Sectores Energéticos Contribuyen a las Emisiones de CO 2 ) Industrial 29% Industrial 29% Comercial 18% Comercial 18% Residencial 21% Transportate 32% Transportate 32% Petróleo 43% Petróleo 43% Carbónl 36% Carbónl 36% Gas Natural 21% Electricidad 39% Electricidad 39% Otro 30% Otro 30% Transporte 32% Transporte 32% AEO2004 Emisiones de Dióxido de Carbono en los Estados Unidos (Por Fuente & Por Sector)

6 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Retos para Investigación y Desarrollo en Tecnologías a base de Carbón  Emisiones “casi-cero”  Manejo de CO 2  Alta eficiencia  Uso de Agua  Utilización de los Subproductos  Flexibilidad  Competitividad en costo frente a otras opciones energéticas

7 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Estrategia para Investigación, Desarrollo y Despliegue de Tecnologías a Base de Carbón Corto plazo: mantener en servicio la flota actual; prepararse para la transición a un futuro de emisiones casi-cero  SO 2, NO x, Hg  Optimización y control de planta  Reducir la intensidad del carbón Largo plazo: agregar plantas energéticas de emisiones casi-cero  Llevar IGCCs al mercado  Materiales avanzados  Sistemas híbridos ultra-eficientes  captura y almacenamiento de CO 2 Rev. 071404

8 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Sendas Críticas para Tecnología Controles para el Medio Ambiente para Plantas Existentes  Combustión con Bajo NO x ; Reducción de costos  Control de Mercurio (captura >90%)  Control de Particulados Finos Combustión Avanzada Vapor Ultra-supercrítico Combustión de Oxígeno Conceptos de Avanzada (e.g. oxygen “carriers”)

9 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Sendas Críticas para Tecnología Manejo del Carbono  Captura de CO 2  Confinamiento de CO 2  Monitoreo y Verificación Integración de Sistemas  Modelaje integrado de centrales eléctricas y simulación virtual  Sensores y control de procesos inteligentes

10 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Sendas Críticas para Tecnología Sistemas de Gasificación  Mejoras en los Gasificadores; nuevos diseños  Separación de Membrana de Oxigeno  Purificación de Syngas (limpieza) y Separación (e.g. hidrógeno, CO 2 ) Conversión de Energía  Tecnologías Avanzadas para turbinas a gas usando syngas  Sistemas de Celdas de Combustible usando syngas

11 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 La Gasificación Provee “Productos Múltiples” (Electricidad, Hidrógeno, Combustibles líquidos, Químicos, GNS) Coal 3000 TPD Syngas 1929 MMBtu/Hr Quench Gasifier 85% Availability Slag/Fines Steam Sulfur Removal Particulate Removal Steam Superheater Steam Turbine Stack Water Solids Plant Use Pure Sulfur Oxygen Electricity 9.7 MW Hydrogen Liquid Fuels Chemicals SNG Water-Gas Shift CO 2

12 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 La gasificación del carbón representa la mejor promesa para la producción de hidrógeno desde carbón, así como también la próxima generación de producción de electricidad basada en carbón.

13 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Gasificación  En vez de quemar el carbón directamente, la gasificación del carbón hace que el carbón actúe con vapor, con cantidades muy cuidadosamente controladas de aire u oxigeno, bajo grandes temperaturas y presiones.  El calor y la presión quiebran la compleja estructura molecular del carbón y permiten que los átomos del carbón reaccionen con el vapor para formar una mezcla gaseosa que contiene hidrogeno, monóxido de carbono, y cantidades pequeñas de impurezas.  Estas impurezas son separadas del vapor gaseoso, dejando un gas derivado del carbón (syngas) que puede competir con el gas natural en cuanto a calidad ambiental.  El syngas es convertido a hidrógeno, monóxido de carbono, y dióxido de carbono, con el hidrógeno disponible para generación central, generación distribuida, o conversión a un combustible líquido.

14 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Hidrogeno de Combustibles Fósiles  Generación de Electricidad usando hidrógeno: Celdas de Combustible de Oxido Sólido, de gran eficiencia, para generación distribuida y altamente eficientes sistemas híbridos de celdas con turbinas para la generación de electricidad y calor  Investigación sobre hidrogeno Esta investigación se refiere a la gasificación del carbón y a la separación del hidrogeno Actualmente, los esfuerzos en NETL comienzan con la gasificación de carbón para producir "syngas." Otros esfuerzos se enfocan en tecnología de reformadores para Celdas de Combustible (PEM)

15 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Celdas de Combustible Proceso Electroquímico Conversión Directa a Electricidad H 2 + ½O 2 → H 2 O + Electricidad Electricidad contínua mientras se le provee combustible y aire

16 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Celda de Combustible de Ácido Fosfórico

17 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Retos Claves para el Carbón: Costo y el Medio Ambiente “Our nation is blessed with enough coal to last another 250 years.... Coal presents an environmental challenge.... That's why clean coal technology is critical to the future of this country.” — Presidente George W. Bush Columbus, Ohio, 9 de marzo 2005 “In order to make sure we have a growing economy, in order to make sure people can find work... we need affordable, reliable, secure supplies of energy.” Photos by Eric Drapa and Krisanne Johnson

18 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 La Administración Bush con respecto al Cambio Climático Global “He pedido a mis asesores que consideren maneras de reducir emisiones de gases de invernadero, incluyendo aquellas que tocan el poder de los mercados, ayudan a cumplir con la promesa de las tecnologías y aseguran la más amplia participación global…. Nuestras acciones deben ser medidas mientras aprendemos más de la ciencia y construimos en esa base. Nuestro método debe ser flexible como para reajustarnos a la nueva información y aprovechar nueva tecnología. Debemos actuar siempre para asegurarnos el continuo crecimiento económico y la prosperidad de nuestros ciudadanos y de los ciudadanos a través del mundo.” – Presidente George W. Bush

19 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Los Compromisos de Bush con Respecto al Cambio Climático (parcial)  Reducir en 18% la Intensidad de los Gases de Invernadero de la Economía de EE.UU en los próximos 10 Años (Esta meta es comparable con el progreso promedio requerido de las naciones participantes en el Protocolo de Kyoto)  Mejorar Sustancialmente el Registro de Reducciones de Emisiones (Estas mejorara la precisión, confiabilidad y veracidad de los registros)  Aumentar los fondos para los Compromisos de EE.UU con respecto al Cambio Climático  Incentivos a través de reducciones en los impuestos cuando hay disminución de Emisiones de Gases de Invernadero

20 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Fondos para Cambio Climático El presupuesto propuesto por Bush para el año 2006 incluyó US $5.5 mil millone para programas de cambio climático. Esto incluye casi US $3 mil millones para el Programa de Tecnología para el Cambio Climático, casi US $2 mil millones para el Programa de Ciencia para el Cambio Climático y $200 millones para asistencia en programas internacionales relacionados con el cambio climático.

21 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Incentivos a través de Reducciones en los Impuestos En el presupuesto para el año fiscal 2006, el Presidente propone estímulos a través de los impuestos para promover las reducciones de emisiones de gas de invernadero. Estos incentivos totalizan US $524 millones en 2006 y $3.6 mil millones sobre 5 años. Los estímulos se apuntan al uso de energía limpias, renovables y eficientes. En concordancia con la política energética Nacional, los estímulos de impuestos incluyen los créditos para la compra de vehículos híbridos o con celdas de combustible, sistemas solares de calefacción residencial, uso energético de gas de rellenos sanitarios, electricidad producida por fuentes alternativas de energía tales como viento y biomasa, y sistemas combinados de calor y potencia

22 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006  Clean Coal Technology Program  1985-1993  Power Plant Improvement Initiative 2001  Clean Coal Power Initiative  2002-2012 Programas de Demostración en Carbón del DOE Una Historia de Proyectos Innovativos

23 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Tampa Electric IGCC Power Plant Low-NO x Burners Controles Avanzados de Contaminación  Instalados en 75% de las plantas de carbón de EE.UU.  1/2 a 1/10 del costo de sistemas anteriores Éxitos del Programa CCT PSI Energy Wabash River IGCC Power Plant Sistemas Avanzados de Potencia a Carbón Comprobados  Dos centrales IGCC “super-limpias” operando normalmente  La planta PFBC más grande JEA CFBC Power Plant

24 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 APPROXIMATE Total Plant Costs (TPC) by Type ($/Kw) TYPESin Captura de CO2 Con Captura de CO2 Pulverized Coal (PC) – “conventional” 1,100NA supercritical PC plant with SO2 scrubbers 1,3502,350 Fluidized Bed Combustion (FBC)1,4002,400 Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) 1,6002,000

25 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 “FutureGen”: Generación de Electricidad a Carbon con Emisiones Cero En febrero de 2003, el Presidente Bush anunció que los Estados Unidos auspiciará con socios internacionales y del sector privado, un proyecto de US $1 mil millones, en 10 años, para crear la primera central eléctrica del mundo basada en carbón y con producción de hidrógeno. Este proyecto está diseñado para reducir en forma dramática la contaminación del aire y para capturar y almacenar emisiones de dióxido de carbono.

26 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 FutureGen Gasificación con Limpieza y Separación Sistemas de Integración Confinamiento de Carbono Turbinas Optimizadas Celdas de Combustible Producción de H 2 FutureGen: Integrando Partes del Programa de I&D

27 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 ¿Qué es Confinamiento de Carbono? El secuestro del carbono es la captura y almacenamiento del dióxido de carbono y otros gases de invernadero que de otro modo serían emitidos a la atmósfera. Los gases de invernadero se pueden capturar en el punto de emisión, o pueden ser quitados del aire. Los gases capturados se pueden almacenar en depósitos subterráneos, disolver en océanos profundos, convertir a materias sólidas muy duras, o ser absorbidos por árboles, por céspedes, por tierras, o por algas.

28 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Actividades en Confinamiento de Carbono Objetivos Primarios son: (1)Reducción de los costos y la “multa” energética asociada con la capture de CO2 de grandes fuentes y (2) Mejorar el entendimiento de los factores que afectan la permanencia, capacidad y seguridad del almacenaje de CO2, en formaciones geológicas y eco-sistemas terrestres.

29 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Carbon-based Fuels H 2 from Renewable Resources Fossil Fuels Direct Production Reformable Fuels Los Combustibles Fósiles llevan al Futuro de Hidrógeno

30 M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006 Maria Reidpath Gerente de Proyectos Internacionales Departamento de Energía de EE.UU. Laboratorio Nacional de Tecnologías Energéticas Tel: (304) 285-4140 Fax: (304) 285-1301 E-mail: maria.reidpath@netl.doe.govmaria.reidpath@netl.doe.gov Sitio web: www.netl.doe.govwww.netl.doe.gov