1

CO2 ja kasvuhoonegaaside uus kauplemisperiood ja põlevkiviõli

tootmine selles segaduses

Andres SiirdeTTÜ Soojustehnika instituut

85 aastat põlevkivitööstust

• Eestis põlevkivist tööstusliku õli tootmise algusest on möödunud 85 aastat.

• Selle 85 aasta jooksul on põlevkiviõli tootmine olnud katkematu. On kasutatud mitmeid erinevaid uttesüsteeme nagu generaatoreid, tunnelahje ja pöörlevaid retorte.

• Eesti tööstuslik põlevkiviõlide edukas tootmine on kindlasti mõjutanud kas otseselt või kaudselt põlevkivide kasutusele võttu nii Venemaal, Hiinas kui Brasiilias.

Tänased põlevkiviõlitootmise arengud

• Tänaseks muutunud energiaturud, energia varustuskindlus ja turvalisus, naftahindade tõus on motiveerinud Eesti põlevkivitööstuse ettevõtteid investeerima uutesse tootmisvõimsustesse, näiteks Viru Keemia Grupi uus õlitootmisseade Petroter, rekonstrueeritud generaatorid, Kiviõli Keemiatööstuse OÜ tahke soojuskandja uus seade ja Narva Õlitehase investeerimisotsused rajada uus õlitootmisseade Enefit.

• Nimetatud investeeringute konkurentsivõime aluseks on

jäätmete ja kõrvalproduktide utiliseerimine, keskkonnanõuetele vastavus ja mahtumine kehtiva CO2 kvootidesse.

Tänased põlevkiviõlitootmise arengud (II)

4

• 2010 Petroter I; 77 MEUR (VKG).

• 2012 Enefit; 140 MEUR (Eesti Energia).

• 2013 Petroter II; 77 MEUR (VKG).

• 2015 Refinery 173 MEUR (joint for all companies)

Kasvuhoonegaaside kauplemise süsteem

aastatel 2013-2020 • EUROOPA PARLAMENDI JA NÕUKOGU DIREKTIIV 2009/29/EÜ,

23. aprill 2009, millega muudetakse direktiivi 2003/87/EÜ, et täiustada ja laiendada ühenduse kasvuhoonegaaside saastekvootidega kauplemise süsteemi

• 100% enampakkumine alates 2013 - elektritootmine (erandid)100% enampakkumine alates 2013 - elektritootmine (erandid)

• Osaline enampakkumine 2013(20%)-2020(70%) aastatel – avatud Osaline enampakkumine 2013(20%)-2020(70%) aastatel – avatud sektorsektor

• EL Komisjoni otsuse projekt süsinikdioksiidi lekke ohuga sektoritest ja allsektoritest -“100% tasuta” eraldamine sektori PVT baasilt kuni aastani 2020

Ajakava uuele kauplemissüsteemile üleminemiseks

• Alates 2013 a. saastekvootide jagamise alusprintsiibiks on enampakkumine (oksjon). v.a. erandid (tööstus, soojatootmine)

• EU Komisjon võtab 2010.a. detsembris vastu liikmesriikidele eraldatavate kasvuhoonegaaside (benchmarking) kogused……1 september 2011.

• Süsinikulekkeohuga tootmissektorite nimekiri 2009 a. detsember

• Enampakkumise reeglid 2010 a. juunis????

Süsinikdioksiidi lekkeohuga sektor

• Puhastatud naftatoodete sektori CO2 jaotuse aluseks on 2003 a. nafta toodete ja gaasitootmise BREF

• Naftatoodete sektori CO2 aastased emissioonid Euroopa Liidu riikides kokku ulatuvad 155-160 Mt/aastas (sellest 16% rafineerimistehaste juures olevatest elektrijaamadest..)

• Eesti põlevkiviõli tootmine kuulub klassifikaatori 2320 alusel lekkeohuga sektorisse

Metoodika (I) • Põhimõtteliselt igale sektorile või allsektorile arvutatakse

võrdlusalus pigem toodetele kui sisenditele• Võrdlusalused peaksid olema välja töötatud igale

sektorile ja allsektorile võimaluste piires.

• CO2 emissiooni hakatakse arvestama tootepõhiselt ehk tCO2/tonni toornafta kohta

• Naftast õlitootmisel kujuneb CO2 emissioon ca 0,02-0,82

tonni toornafta kohta – CWT=

Metoodika (II)

9

Metoodika (III)

Puuduvate võrdlustasemete korral kasutatakse alternatiive:

• Soojusenergial põhinevad võrdlusnäitajad• Kasutataval kütusel põhinevad võrdlusnäitajad• Ajaloolised heitkogused

Tegelikult põlevkiviõlitootmist selle süsinikulekkeohuga tootmisharude nimestikus ei

olegi

11

Põlevkiviõli tootminelihtsustatud massibilanss

Air and water emissions (including CO2) Solid waste (retorting, ash)

HEAT AND POWERPRODUCTION

THE THERMAL PROCESSINGOF OIL SHALE

OUTPUTS:

HeatSteam

OilCoke

Phenols

INPUTS:

Oil ShaleAir

Water

Waste gasSteam

Electricity

12

Võrdlusnäitajad BREF (BAT) alusel

Oil Shale Pyrolysis

Gas Crude oil Retorting, Oil Shale Ash

Product oil Coke

Oil production BREF

Oil Shale thermal

processing BREF

Põlevkiviõli tootmisel tekkiv CO2 kogus (I)

CO2 koguste arvutamise aluseks on võetud järgmised põlevkiviõli tootmist iseloomustavad näitajad:

• Ühe tonni põlevkiviõli tootmiseks kulub põlevkivi 7,95 t

• toorpõlevkivi kütteväärtus = 8,34 MJ/kg;• poolkoksigaasi kütteväärtus = 45,94 MJ/ nm3;• põlevkiviõli kütteväärtus = 37,98 MJ/kg;• põlevkiviõli toodang = 125,72 kg/t;• poolkoksigaasi toodang = 34,38 nm3/t.

Põlevkiviõli tootmisel tekkiv CO2 kogus (II)

• Ühe tonni põlevkiviõli tootmiseks kuluv põlevkivikoguse täielikul põlemisel tekkiv CO2 kogus = 6,36 tCO2

• Ühe tonni põlevkiviõli tootmisel tekkiva poolkoksigaasi

täielikul põlemisel tekkiv CO2 kogus = 0,763 tCO2

• Ühe tonni põlevkiviõli täielikul põlemisel tekkiv CO2 kogus = 2,785 tCO2

• Retordist väljunud poolkoksi täielikul põlemisel tekkiv CO2 = 2,812 tCO2.

Põlevkiviõli tootmisel tekkiv CO2 kogus kokkuvõtlikult:

Nimetus Soojushulk CO2 kogus MJ % tCO2 %

Põlevkivi 70596 100,00 6,36 100,00 Poolkoksigaas 12556,4 17,79 0,763 12,00 Põlevkiviõli 37980 53,80 2,785 43,79 Poolkoks 1) 20059,6 28,41 2,812 44,21

1) Karbonaatide lagunemisaste poolkoksi põlemisel fontäänkoldes on 0,25.

Põlevkiviõli tootmisel tekkiv CO2 kogus kokkuvõtlikult-ajaloolised väärtused:

16

Mis juhtub, kui ei tegutseUus CO2 kauplemissüsteem seab ohtu põlevkiviõlitootmise tuleviku ning halvendab oluliselt põlevkiviõlitoodete konkurentsivõimet.

Tuleb astuda samme uues kujunevas olukorras põlevkiviõli tootmise konkurentsivõimelisuse tagamiseks nagu läbirääkimised Euroopa Liidu Komisjoniga saavutamaks põlevkiviõli tootmisele võrdne kohtlemine nafta töötlemisega.

Arvutada välja nn CO2 tasuta kvoodid võrdlusnäitajad põlevkiviõli tootmisele lähtuvalt Euroopa Liidu Komisjoni poolt kinnitatud metoodikatest (näiteks ajalooliste väärtuste alusel jt).

Alustada uuringuid CO2 kinnipüüdmise ja ladustamise tehnoloogiatele, millede hind oleks alla või võrdne CO2 hinnaga oksjoniturul.

Vastasel juhul on oht, et põlevkivide käitlemine koos arendustegevusega suundub Eestist ja Euroopa Liidust välja kas Hiina, Venemaale või USA-sse.

Põlevkivi termiline töötlemine- pürolüüsi erinevad protsessid, kuid soojus utmiseks tuleb lähtetooraine süsinuku arvelt.

Pürolüüsi vajaliku soojuse ülekandeviisi järgi jaotatakse utte-seadmeid sise- ja välisküttega seadmeteks. Sisekütte puhul võib olla soojuskandja nii gaasiline kui ka tahke aine, vahetus kontaktis utetava põlev-kiviga ja soojusülekanne toimub konvektsiooni või soojusjuhtivuse teel. Eestis kasutatavad utteseadmed on nn siseküttega. Väliskütte puhul toimub soojuse ülekanne põlevkivile läbi vaheseina, kusjuures vaheseina kuumutatakse ühelt poolt põlemisgaasidega. Välisküttega seade oli pöörlev retort ning kamberahjud.

Soojuskandja ettevalmistamise viisi järgi eraldame otsest (direct) ja kaudset (indirect)

utmist Otsesel utmisel saadakse protsessiks vajalik soojus seadmes põlevkivi jääksüsiniku põletamise teel. Sellel põhimõttel töötavad generaatorid, kus protsessi käigus tekkinud põlevkivikoks põletatakse õhu juurdeandmisega ja tekkinud suitsugaas kindlustab oma soojus-sisaldusega utmisprotsessi kulgemise. Otsesel utmisel seguneb suitsugaasist soojuskandja utmisel tekkiva uttegaasiga, lahjendades seda ja alandades gaasi kütteväärtust.

Kaudse utmise korral toodetakse soojust eraldiasuvas poolkoksi (jääksüsiniku) põletamise teel. Kaudsel utmisel suitsugaasid ei segune uttegaasiga (poolkoksgaasiga) ja utmise ühes kõrvalproduktiks on kõrge kütteväärtusega poolkoksgaas.

Utmisprotsessi ise saab jagada tema teostuseks vajalike soojustarbe järgi alljärgnevateks tsoonideks või etappideks:

• Lähtepõlevkivi kuivatamine –kuivatustsoon, veeaurude kuumenemine protsessi temperatuurini.

• Kuiva põlevkivi kuumenemine protsessi temperatuurini.

• Põlevkivi termiline lagunemine- pürolüüsiprotsess.

• Pürolüüsiprotsessi tekkinud õlide aurustumine.

• Karbonaatide lagunemine.

• Seadme efektiivsus.

• Seadme käitamise elektritarve.

• Seadme käitamise aurutarve.

Utmisprotsessi etapid

CO2 etappide kaupa

Toodud tinglikud etapid vajavad teostuseks soojust, mis saadakse põlevkivi jääksüsiniku põlemissoojusest. Teades protsessi teostuseks vajaminevat soojushulka, on võimalik arvutada tekkivat CO2 heitekogust ja milline on summaarsest CO2 heitekogusest etapi osakaal.

Lähtepõlevkivi

• alumine kütteväärtus Qri = 1992,2 kcal/kg

(8,3 MJ/kg);

• - niiskus Wr = 10,7 %;

• - põlevkivi karbonaatne (CO2) rm = 18,9 ;

• - tuhasisaldus Ar = 45,3 %;

• - lähtepõlevkivi temperatuur 150C

Kütteväärtuse seosed

Tuginedes põlevkivi tehnilisele analüüsile on tuletanud statistikal põhinevad tuhasuse, karbonaatse süsihappegaasihulga ning niiskuse määramise matemaatilised valemid olenevalt põlevkivi kütteväärtusest:

Põlevkivi kogus

Põlevkivi termilisel töötlemisel on põlevkiviõlitoodang 125,8 kg/t põlevkivi kohta. Sellest tulenevalt kulub:1 tonni põlevkiviõli tootmiseks 7,95 tonni põlevkivi

(Märkus: Pikaajalised uuringute tulemusena on leitud korrelatsioon laboratoorse õlisaagise T% (Fischeri järgi) ja põlevkivi kuivaine kütteväärtuse Qd (MJ/kg) vahel:T=1,78×Qd %)

Karbonaatide lagunemine

Et utmisprotsessi tsükkel (loetletud alamtsoonide teostuse aeg) kestab ca 17 minutit ja soojuskandja temperatuur on protsessis on 800 0C, toimub paratamatult lähtekivis oleva karbonaatide lagunemine 25% ulatuses.Seega lisandub ülalnimetatud tinglikele etappide lisaks eraldi arvutuslikult leitav CO2 heite suurus ja osakaal.

Seadme kasutegur

Ükski protsess ei ole soojuskadudeta (lahkuvate gaaside, välisjahtumine).

Protsessi nn soojuslikuks kasuteguriks utmisseadmel on 85%. Seega lisandub seadme soojusliku efektiivsusest tulenev CO2 heite suurus ja osakaal.

Elektri- ja soojuse omatarve

Põlevkiviõli termilise töötlemise seadmed vajavad käitamiseks elektrit ja soojus auruna. Tuginedes ajaloolistele põlevkiviõliseadmete käitamise elektri ja soojuse omatarve hindamisele, saab esitada alljärgnevad väärtused:

- Põlevkiviõli termiliseks töötlemiseks vajamine elektrikogus on 33,5 kWh/tonni lähtepõlevkivi kohta ehk 266 kWh/tonni õli kohta.

- Vajaminev soojus auruna on vastavalt 75 kWh/tonni

lähtepõlevkivi kohta ehk 596 kWh/tonni õli kohta.

Elektri- ja soojuse omatarve (II)

• Põlevkiviõli tootmisseadmete juurde on integreeritud soojuse ja elektrijaamad, mis töötavad jääkproduktide põletussoojuse baasil. Soojus tuleb põlevkiviutmisprotsessi jääksüsiniku soojuse arvelt.

• Elektritootmise kasuteguriks on õige kasutada väärtus 35%. Nimetatud väärtus on kooskõlas EL direktiivi 2004/8/ EC iga , mis küll käsiteleb tõhusa elektri- ja soojuse koostootmise võrdlust eraldi elektri tootmisega, kuid vastavad väärtused sõltuvalt kütustest on elektri tootmise parimad võimalikud kasutegurid sõltuvalt kütusest.

• Aurutootmise kasutegur on vastavalt 85%.

Utmisprotsessi CO2 heide

Utmisprotsessi etapp

Vajamine soojus MJ/t õli

kg CO2/ tonni õli

CO2 osakaal

Lähtepõlevkivi kuivatamine –kuivatustsoon, veeaurude kuumenemine protsessi temperatuurini.

5513,6 596,3 28,1%

Kuiva põlevkivi kuumenemine protsessi temperatuurini.

4346,2 470,1 22,2%

Põlevkivi termiline lagunemine- pürolüüsiprotsess

850,3 92,0 4,3%

Pürolüüsiprotsessi tekkinud õlide aurustumine

334,9 36,2 1,7%

Karbonaatide lagunemine 375,6 17,7%

Seadme efektiivsus 1656,8 179,2 8,4%

Seadme käitamise elektritarve 2736,9 296,0 14,0%

Seadme käitamise aurutarve 701,5 75,9 3,6%

Kokku 16140,2 2121,3 100,0%

Kuidas edasi arvutada CO2 tasuta kvooti

31

Opositsioon-POOLA

• The draft Decision containing the above proposal was adopted by qualified majority vote at a meeting of the Climate Change Committee on 15 December 2010 (with 57 votes against (including Poland) and 7 abstentions).

• Taking into consideration the possibility of gas shortages on the European market it is very risky for the EU's energy security for benchmarks to be based on gas alone. The EU should focus on promoting the development of clean coal technologies (one of the most accessible fuels globally, in the long term).

• If benchmarks are set on too restrictive a basis, without taking into account the specific characteristics of particular industries and countries, this may undermine the key protection mechanism for sectors where there is a risk of carbon leakage laid down by

• Directive 2003/87/EC on the EU ETS, as amended by Directive 2009/29/EC, and stop it working properly.

32

TÄNAN