2014-10-10

CCS i USA – en översikt

Trots att förnybar energi ökar snabbt i USA förväntas kolkraften utgöra en stor del av landets elproduktion under överskådlig tid, och CCS, olika tekniker för avskiljning, transport och lagring av koldioxid, bedöms därför vara viktigt för att möta klimatutmaningen. USA bedriver också genom the Department of Energy ett omfattande program för forskning, utveckling och demonstration av CCS i samarbete med industrin, delstaterna och andra aktörer. En särskild tonvikt har lagts på omfattande federalt stöd för att få fram en första generations demonstrations­anläggningar i full skala. Den uteblivna klimatlagstiftningen i USA, eskalerande kostnader och andra orsaker har dock lett till att flera av de ursprungligen elva projekten har lagts ned, och det är i dagsläget osäkert hur många som kommer att färdigställas. Olika användningsområden för koldioxiden, särskild för utökad oljeutvinning, samt andra kommersiella biprodukter i CCS-anläggningar får större betydelse för att ge projekten ekonomisk bärkraft.

Trots att investeringarna i vind och solenergi ökar ordentligt i USA så utgör kolkraft fortfarande en dryg tredjedel del av den amerikanska elförsörjningen, och även med ambitiösa planer kring förnybar energi och striktare regler för kolkraftverk så räknar administrationen med att kol kommer att utgöra en väsentlig del av energisystemet under överskådlig tid. På sikt kommer därför CCS – Carbon Capture and Storage, tekniker för avskiljning, transport och lagring av koldioxid från stora punktkällor som kraftverk och industrier - sannolikt att vara en viktig del i en arsenal för att möta klimatutmaningen i USA liksom i stora delar av världen i övrigt. USA bedriver ett omfattande FUD-program kring CCS. Flera större anläggningar har färdigställts, men programmet möter också utmaningar. Denna rapport syftar till att ge en kortfattad redogörelse för för CCS i USA, med tonvikt på läget för stora demonstrationsanläggningar.

Insatser för att stödja forskning, utveckling och kommersialisering av olika tekniker för CCS koordineras i USA huvudsakligen av the Department of Energy, DOE, genom deras Office of Fossil Energy. Ett av DOE:s nationella laboratorier, the National Energy Technology Laboratory, NETL, har genom expertis och egen teknikutveckling en huvudroll i departementets arbete med CCS och även organisationen ARPA-E som delfinansierar innovativa energiprojekt i skeden nära kommersialisering spelar en viktig roll.

På den federala nivån har även the Environmental Protection Agency, EPA, en viktig roll genom ansvar för regelverk och tillståndsgivning för koldioxidlagring.

Utöver de centrala, federala CCS-programmen har DOE också byggt ett omfattande samarbete med delstater och kommuner för att skapa förutsättningar lokalt för CCS och koldioxidlagring. Ungefär hälften av delstaterna har infört lagstiftning och regelverk för att möjliggöra lagring och ett antal demonstrations­anläggningar för lagring av koldioxid har genomförts.

Olika former av koldioxidavskiljning i industriell användning har förekommit i USA sedan 1930-talet och injektion av koldioxid i bergformationer för exempelvis utökad oljeutvinning i oljefält är även det en etablerad teknik. Mot bakgrund av USA:s omfattande tillgångar på kol och det stora beroendet av kol för elproduktion har CCS varit i fokus allt sedan klimatfrågan börjande göra sig allmänt gällande. Mer omfattande FUD kring olika aspekter på CCS för energibranschen har bedrivits av DOE sedan 1997 och man är engagerade i ett antal olika insatser och program som täcker hela kedjan från grundforskning till demonstration och kommersialisering.

Medelstilldelning i DOE:s CCS-forskningsprogram sker enligt en avtrappande modell där stödbeloppen ökar och antalet projekt minskar efter teknisk mognadsgrad - stöd med mindre belopp ges till ett stort antal grundforsknings- och teknikutvecklingsprojekt i tidiga skeden, ett mindre antal små respektive storskaliga pilotprojekt får större belopp medan några få projekt går hela vägen till att få omfattande stöd för att bygga demonstrationsanläggningar i full, kommersiell skala. I princip samtliga olika CCS-tekniker (när det gäller tekniker för avskiljning inom huvudområdena pre- och post-combustion) finns med i projektportföljen.

Det övergripande målet för CCS-programmet är enkelt uttryckt att minska kostnaderna för avskiljning av koldioxid och minska riskerna förknippade med koldioxidlagringen. CCS ska möjliggöra en fortsatt användning av USA:s omfattande fossila resurser och ge flexibilitet och valmöjligheterför energisektorn.

Många enskilda tekniker för CCS finns i och för sig etablerade sedan tidigare men kompletta system för CCS är fortfarande relativt oprövade i stor skala och de höga kostnaderna/låga verkningsgraden för framför allt koldioxidavskiljningen gör att behovet av fortsatt utveckling bedöms som mycket stort för att ett bredare genomslag i kraftindustrin ska vara möjligt.

FUD-insatser görs alltså i olika skeden med sikte på att göra CCS kommersiellt gångbart i ett längre tidsperspektiv. Ett viktigt fokus i programmet har lagts på att fram ett antal fullskaleanläggningar för att bygga förtroende för teknikens möjligheter och bereda vägen för fortsatt utveckling och sänkta kostnader. För närvarande genomförs ett program för att bygga det som kallas den första generationens fullskaleanläggningar, med ambition att demonstrera anläggningar som gör kolkraft likvärdigt med naturgas vad gäller koldioxidutsläpp. En andra generation med användning av teknik som ännu är på utvecklingsstadiet planeras till ca 2020-2025, och en tredje generation med ”transformativa”, kostnadseffektiva lösningar skisseras för perioden efter 2035. Kostnaden för CCS uppskattar DOE till 70-90 dollar per ton koldioxid för första generationen vilket ökar elkraftpriset med 70-80 procent, medan målet för en andra generation är att komma under 40 dollar per ton, vilket skulle addera ungefär 25 procent till elkraftpriset, i jämförelse med traditionell kolkraft.

Redan 2003 under president Bush tog administrationen fram ett första förslag till en storskalig demonstrationsanläggning, det s.k. FutureGen, ett tioårigt OPS-projekt som skulle resultera i ett 275 MW kolkraftverk med CCS och så gott som 100-procentig avskiljning och lagring av koldioxiden. Projektet har försenats och förändrats ett antal gånger men finns fortfarande med i projektportföljen.

Genom lagstiftning genomförd 2005 och 2007 fick DOE sedan ett bredare mandat att finansiera större pilot- och demonstrationsanläggningar men det var först i och med det omfattande stimulanspaketet för att hantera finanskrisen 2008-09 - det s.k. ARRA - som det tillkom substantiella budgetmedel. Genom ARRA avsattes 3,4 miljarder dollar till framför allt storskalig CCS, och huvuddelen av medlen kanaliserades via två program: The Clean Coal Power Initiative (CCPI) som riktades till CCS för kolkraftverk respektive Industrial Carbon Capture and Storage (ICCS), CCS för industriprocesser.

Sex större kraftverksprojekt fick beslut om federalt stöd genom CCPI, och med ett projekt som tidigare fått stödbeslut respektive FutureGen hade sammanlagt åtta större projekt med CCS för kraftverk fått grönt ljus för federalt stöd. På industrisidan fick tre stora anläggningar jämte en rad mindre projekt stöd genom ICCS. Sammantaget fanns alltså efter ARRA minst elva stora projekt i görningen.

Målet att få fram storskaliga anläggningar konfirmerades åter när president Obama 2010 tillsatte en kommission för landets arbete med CCS med uppdraget och målsättningen att ta fram en plan för att ”möjliggöra en bredare användning av CCS inom tio år och att senast 2016 ha driftsatt fem till tio stora demonstrationsanläggningar i kommersiell skala”.

Efter att inledningsvis ha mötts av ett växande gensvar från industri och kraftbransch, vilket bland annat avspeglade sig i det stora antalet projekt som faktiskt drogs igång och där merparten av finansieringen trots det federala ARRA-stödet skulle komma från den privata sektorn, har dock förutsättningarna för CCS gradvis försämrats på kort till medellång sikt.

En viktig orsak till det är att president Obama misslyckades med att få igenom en klimatlagstiftning i kongressen under sin första mandatperiod. Förslaget som skulle ge USA en cap and trade-lagstiftning röstades igenom i representant­huset men stoppades i senaten 2010, och utsikterna för att få igenom lagstiftning för klimatåtgärder har därefter varit så gott som obefintliga. I och med att finansierings­kalkylerna för CCS-projekten delvis byggde på förväntade intäkter från handel med utsläppsrätter förändrades förutsättningarna i ett slag. Den alltmer polariserade amerikanska politiska debatten kring klimatfrågan, låsningarna i kongressen och de haltande globala klimatförhandlingarna har bidragit till försämrade utsikter.  Projekten har också dragits med eskalerande kostnadsuppskattningar, och det allmänt kärva ekonomiska och finansiella läget efter finanskrisen har ytterligare försvårat genomförande. Billig naturgas och sjunkande kostnader för förnybar energi sänker vidare kostnaderna för de alternativ som ett kolkraftverk med CCS ställs mot.

Av de ursprungligen åtta kraftverksprojekten har sedermera tre lagts ned, och det återstår sålunda fem möjliga projekt.

Av dessa är Southern Company’s kolkraftverk i Kemper County, Mississippi närmast att tas i drift, anläggningen är i det närmaste färdigställd. Kemper ska använda brunkol/lignit som bryts alldeles i anslutning till kraftverket och som efter förgasning genom en ny teknik som också utvecklats med stöd från DOE driver ett 550 MW kraftverk. Genom CCS ska ungefär 65% av  koldioxiden avskiljas innan förbränning vilket innebär att kraftverket kommer att hamna under gränsen 1100 pund koldioxid per MWh i EPA:s regelverk för nya kolkraftverk. Koldioxiden kommer att användas för utökad oljeutvinning i oljefält.

Kemperprojektet har dragits med återkommande förseningar och kostnadsöverskridanden. Enligt det ursprungliga investeringsbeslutet skulle projektet kostat 2,4 miljarder dollar men i och fördyringarna kommer enligt prognos det att landa på sammanlagt närmare 5,6 miljarder.  Stödet från DOE uppgår till 270 miljoner dollar. Enligt nu gällande tidplan ska anläggningen tas i drift våren 2015.

PetraNova-projektet i Texas drivs av ett japansk-amerikanskt konsortium och ska konvertera delar av ett befintligt kolkraftverk med post combustion-teknik från Mitsubishi. Man har startat viss byggnation, och det bör enligt DOE finnas chanser att projektet kan få ihop en slutlig finansieringslösning för hela projektet. Om man kan fullfölja projektplanerna kommer ett 250 MW kraftverk att byggas/konverteras. Koldioxiden kommer att transporteras via pipeline till oljefält i Texas för utökad oljeutvinning.

Resterande tre stora kraftverksprojekt dras med betydande osäkerheter.

Efter att ha omformulerats och flyttats runt i USA gäller det tidigare nämnda FutureGen-projektet projektet nu ombyggnad av ett äldre kolkraftverk i malpåse i Illinois som moderniseras och en förses med oxy-fuel teknik. Koldioxiden ska injiceras i djupliggande salthaltiga akviferer. Budget för hela projektet är 1,7 miljarder dollar. Projektet erhöll i början av september i år i och för sig de nödvändiga tillstånden för koldioxidlagringen, de första i den genren som meddelats av EPA, och vissa mindre byggnadsarbeten har inletts. Enligt DOE hoppas konsortiet som driver projektet på att finansieringen för FutureGen ska finnas på plats i november och att man då kan trycka på startknappen för hela projektet och att det ska vara då färdigt att ta i drift 2017, men än så länge är alltså inte finaniseringen säkrad.

HECA-projektet i Kalifornien gäller en anläggning som förutom elkraft ska producera vätgas och urea. Den planerade investeringen uppgår till 4 miljarder dollar och stödet från DOE uppgår till tio procent. Enligt nu gällande tidplan ska byggnadsarbetena inledas under 2015 men samtliga tillstånd och de finansiella förutsättningar är ännu inte på plats, och enligt en bedömare vid MIT finns det en överhängande risk att projektet inte alls kan påbörjas.

Även det sista projektet, Texas Clean Energy Project, TCEP (400 MW) ska förutom el producera urea och andra råvaror. Koldioxiden avskiljs med pre-combustion teknik och ska användas för utökad oljeutvinning. Projektet skulle haft byggstart 2013 men har ännu inletts. DOE hoppas på att en säkrad finansiering vara i hamn under 2015, men det är alltså behäftat med stor osäkerhet.

Av de tre industriella CCS-projekten är två färdigställda och i drift. Det ena projektet gäller metanreformering vid ett raffinaderi i Texas, där koldioxiden även i detta fall går till oljefält, medan det andra projektet gäller en etanolfabrik i Illinois och där koldioxiden lagras i sandstensformationer. I båda projekten finns följeforskning för att studera och utvärdera lagringen.

Det senaste bakslaget för DOE:s stora projekt kom dock alldeles nyligen när Leucadia Energy i Lake Charles som skulle ha byggt den tredje industriella CCS-anläggningen meddelade att man lägger ned projektet trots redan gjorda investeringar på cirka hundra miljoner dollar. Demoanläggningen gäller ett projekt där koks genom en förgasningsprocess i ett kombikraftverk omvandlas till metanol och andra produkter och den avskilda koldioxiden skulle användas för utökad oljeutvinning i oljefält i Louisiana och Texas. Enligt DOE berodde Leucadias beslut att avbryta projektet på att för höga kokspriser gjorde den industriella delen av projektet olönsam, och inte primärt på CCS-tekniken i sig.

Av de fem till tio stora projekt som president Obama’s strategi förutsätter ser alltså i dagsläget bara tre ut att med någon säkerhet komma på plats, medan ytterligare ett har vissa chanser och de tre resterande dras med större eller mindre osäkerheter.

Något som ytterligare skärper till situationen är att de federala ARRA-medlen enligt lag måste ha betalats ut och använts innan september 2015, annars dras de in. Om inte projektens investeringar startar i princip omedelbart finns det knappast ens tekniska chanser att hinna förbruka samtliga medel, vilket förstås försämrar utsikterna än mer.

Om man vidgar blicken till att omfatta även  Kanada finns ytterligare ett par CCS projekt i större skala. Boundary Dam projektet i Saskatchewan, där en 110 MW enhet i ett befintligt kolkraftverk kompletteras med CCS, gick i drift i slutet av september och blev därmed det första storskaliga kolkraft-CCS projektet på den nordamerikanska kontinenten att tas i bruk.

Trots att genomförandet av flera av de stora anläggningarna i USA haltar betänkligt är DOE ändå, åtminstone i officiella sammanhang, övertygade att man har tekniker och projekt i portföljen som kan medge en god utveckling för CCS på längre sikt, och att den övergripande tidsplanen med CCS som ett realistiskt alternativ någon gång från mitten av 2020-talet ska kunna hålla.

Det kärva budgetläget är dock en kraftig begränsning - det finns i dagsläget små utsikter att hitta finansiering ens till mindre pilotanläggningar för intressanta tekniker (DOE nämnder Oxy Fuel och Chemical Looping Combustion) och än mindre då till storskalig demonstration av anläggningar i andra generationen.

De anläggningar i full skala som faktiskt har byggts har varit avgörande för att EPA ska kunna gå fram med regelverk för nya kolkraftverk som förutsätter CCS - med flera anläggningar i drift kan myndigheten hävda att tekniken är så etablerad att den kan vara ett krav för att få bygga ett nytt kraftverk. CCS är dock så kostsamt att det på kort sikt knappast utan omfattande federalt stöd, och uppenbarligen inte heller alltid då, kommer att byggas några nya kolkraftverk – energibranschen väljer naturgas eller förnybart istället. Och EPA:s regelverk för begränsande av koldioxidutsläpp från befintliga kraftverk har lagt utsläppskraven på sådana nivåer att de inte förutsätter CCS, utan utsläppsminskningarna går att uppnå med andra åtgärder.

Som framgått ovan använder flera av projekten den avskilda koldioxiden för utökad oljeutvinning i befintliga oljefält, så kallad Enhanced Oil Recovery, EOR, vilket utgör en viktig kompletterande inkomstkälla. EOR är en etablerad teknik och det finns flera växande regionala marknader för koldioxid för detta ändamål. Enligt vissa uppskattningar skulle upp till 25 miljarder ton koldioxid användas för EOR i USA under de kommande trettio åren, och därigenom också bidra till bättre marknadsförutsättningar för CCS – om än då också till ökade utsläpp från förbränningen av oljan. Det ökade fokuset på EOR har fått många att börja lägga till ett U för Utilization, användning, till förkortningen; CCUS.

Att hitta nya och flera intäktsströmmar för att möjliggöra CCS blir enligt DOE allt viktigare, åtminstone så länge det saknas en klimatlagstiftning. Om det ska bli möjligt att över huvud taget gå fram med projekt är EOR eller tekniker där man får fram andra kommersiella biprodukter, som urea, en nödvändighet. En företrädare för DOE beskrev situationen för CCS just nu som att det är en nischverksamhet; möjlig att genomföra under speciella omständigheter och med rätt aktörer, men ändå en bra bit från det bredare genomslaget.

Trots det ökande intresset för EOR innebär också koldioxidlagringen fortsatt stora utmaningar, och varken regelverk, lagringstekniker, övervakningssystem eller frågor kring långsiktigt ansvar och skadeståndsskyldighet är fullständigt utredda eller lösta.

En annan viktig parameter för framtiden för CCS är också vilka utvecklingsinsatser som sker i andra länder och hur marknadspotentialen globalt för CCS-lösningar utvecklas. Samarbete sker i flera multilaterala fora, i första hand genom CSLF, the Carbon Sequestration Leadership Forum, såväl som bilateralt, där både Japan och Kina är viktiga parter. Flera CCS-projekt diskuteras med Kina, bland annat två projekt där Kemperkraftverkets förgasningsteknologi skulle användas. I Europa är Polen och Kazakstan två länder där samarbetsmöjligheter prövas. CCS för bioenergi, som skulle kunna bli aktuellt i framtiden i Sverige, bedöms i och för sig vara ett intressant område men är inte något som ingår i Office of Fossil Energys portfölj.

Denna rapport är skriven av Ola Göransson vid Tillväxtanalys kontor i Washington och är en del av Tillväxtanalys löpande omvärldsbevakningsuppdrag.

Källförteckning:

Intervju med Joseph Giove, Director Division of Large Carbon Management Projects, Office of Fossil Energy, U.S. Department of Energy, 20141002

Intervju med Howard Herzog, The Carbon Capture and Sequestration Technologies Program, Massachusetts Institute of Technology, 20131210.

Workshop  kring CCS, Italienska Ambassaden Washington DC, med deltagande av bl.a. DOE Office of Fossil Energy, 20140930

Hearing on “Department of Energy Oversight: Status of Clean Coal Programs”, Committee on Energy and Commerce. Utskottsförhör i kongressen , 20140211

Hemsida för DOE Office of Fossil Energy, CCS: http://energy.gov/fe/science-innovation/carbon-capture-and-storage-research

Hemsida för MIT Carbon Capture and Sequestration Technologies Program: http://sequestration.mit.edu/index.html