Carbon Capture and Storage (CCS)

Carbon Capture

and Storage (CCS)

CCS (CO2 Capture and Storage)

 CCS is a process consisting of the separation of CO2 from industrial and energy-related sources, transport to a storage location and long-term isolation from the Human environments.

 Last 10 years, CCS technology has been developed

and the field plants are increasing drastically around the world.

 CCS adalah metode yang digunakan untuk menangkap CO2 yang diproduksi melalui pembakaran dari bahan bakar fossil lalu menyimpannya jauh dari atmosfir untuk waktu yang lama.

Teknologi ini menerapkan rangkaian proses mulai dari pemisahan dan penangkapan CO2 hingga menyimpannya

ke dalam tempat penampungan (formasi geologi) untuk jangka waktu yang sangat lama.

Mengapa perlu CCS ?

• Global Warming secara serius mempengaruhi planet kita. Peningkatan global warming berasal dari emisi karbondioksida.

• Pemerintah berusaha untuk membatasi pengeluaran CO2, menyebabkan perusahaan-perusahaan untuk mengembangkan metode pengetesan untuk memitigasi jejak carbon mereka.

• Salah satu cara untuk menyelesaikan ini adalah Carbon Dioxide Capture and Storage

Bumi kita menghasilkan 24 milyar ton gas

CO2 setiap tahunnya.

Source : www.google.com/carbondioxide-emission Nilai emisi selalu naik dengan stabil sejak mulainya revolusi industri (1800an) dan memuncak pada akhir abad lalu. Secara global, nilainya masih meningkat.

Present Word Crisis

Peak Oil Global Warming



Konsumsi energi di Indonesia meningkat

sebesar 7 % per tahun. Didominasi oleh bakar

fosil 95% (merupakan penghasil emisi gas

rumah kaca)



Energi

terbarukan

yang

bersih

energi,

dipandang hanya sbg energi alternatif  4,4%

dari total konsumsi



Sektor energi di Indonesia menghasilkan 302

juta ton CO

2

ekuivalen & sektor kehutanan 

sumber emisi terbesar di Indonesia.

Indonesia perlu memiliki komitmen yang kuat

untuk meningkatkan

energy supply

dengan

energi yang lebih bersih dari renewable energy

and clean fossil technology.

 The president stresses Indonesia's Commitment to reduce emissions by 26% in 2020, and up to 41% if international support is forthcoming

 Two main contributions can be given by Indonesian Earth Scientist (also through international cooperation) in reducing carbon emissions

1. Increasing the use of reneweble energy (geothermal) 2. Introducing CCS and CO2-EOR to the community and implementing those approaches in indonesian hydrocarbon fields

Indonesian President Message

(Kadir, 2010)

Sejak tahun 2006, UNFCCC telah merekomendasikan CCS sebagai salah satu opsi utama teknologi mitigasi penurunan emisi CO2 selain penggunaan energi baru

terbarukan dan peningkatan efisiensi penggunaan energi.

Perhatian internasional mengenai perubahan iklim mengakibatkan terbentuknya suatu badan khusus untuk menangani perubahan iklim yang kini dikenal dengan United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC).

Perkembangan Carbon Capture and Storage

11

Sleipner Project

Proyek CCS komersil pertama kali dilakukan di daerah Laut Utara pada tahun 1996. Proyek ini dilakukan oleh perusahaan minyak dan gas StatOil pada lapangan Sleipner.

Sleipner Project

(StatOil, 2008)

CO2 terlebih dahulu dipisahkan dari gas alam yang

dihasilkan, kemudian diijeksikan ke dalam akuifer yang besar dengan kedalaman 800 m di bawah permukaan laut.

Proses injeksi CO2 ini telah dimulai sejak tahun 1996.

Sampai dengan tahun 2005, total CO2 yang telah

diinjeksikan diperkirakan sebesar 7 juta ton dengan laju injeksi sebesar 2700 ton per harinya.

Krechba Gas Field

Proyek CCS juga telah dilakukan di lapangan gas Krechba, Aljazair pada tahun 2004. Proyek ini merupakan proyek bersama antara Sonatrach, BP, dan StatOil.

(InSalahCO2.com) CO2 yang berjumlah 10% dari total gas dipisahkan terlebih dahulu, kemudian diinjeksi kembali pada reservoir batupasir berkedalaman 1800 m. Diperkirakan reservoir ini mampu menampung CO2 sejumlah 1,2 juta ton per tahunnya.

Storage CO

₂

Pada Formasi Geologi

1. CO2 dapat terperangkap sebagai gas

ataupun fluida super kritis pada reservoir yang mempunyai lapisan tidak permeabel sebagai lapisan penutup (cap rock).

2. CO2 dapat terlarut ke dalam air, proses ini dinamakan perangkap solubility.

3. CO2 dapat bereaksi secara langsung maupun tidak langsung dengan mineral dan organik yang terkandung di dalam batuan reservoir

Terdapat tiga mekanisme utama dalam penyimpanan CO2 pada formasi geologi, yaitu:

Common CO

2

Storage Options

(IPCC, 2005)

Sumber CO2

1. Sebagai hasil samping dari pengilangan ammonia dan hidrogen, di mana metana dikonversikan menjadi CO2.

2. Dari pembakaran kayu dan bahan bakar fosil

3. Sebagai hasil samping dari fermentasi gula pada proses peragian bir, wiski, dan minuman beralkohol lainnya

4. Dari proses penguraian termal batu kapur, CaCO3 5. Sebagai produk samping dari pembuatan natrium

fosfat

6. Secara langsung di ambil dari mata air yang karbon dioksidanya dihasilkan dari pengasaman air pada batu kapur atau dolomit.

Skema metode Carbon Capture and

Storage (CCS) Bekerja

Langkah-langkah pengendalian emisi CO2

1.

Penangkapan

2.

Transportasi

3.

Penyimpanan

4.

Monitoring

3 Sistem Penangkapan Utama

1. Post-Combustion Capture

2. Pre-Combustion Capture

3. Oxy-fuel Combustion Capture

Post-combustion Capture Systems

Mereaksikan gas buangan dengan bahan kimia (amina) yang menyerap CO2 dan kemudian dipanaskan untuk melepaskan CO2.

Source : www.google.com/post-combustion-capture-systems

Post-combustion Capture Systems

TAHAPAN :

 menangkap CO2 dari gas buang pembangkit listrik.

 Gas buang akan melewati absorber

tower yang mempunyai bahan kimia

(amina). Amina akan menyerap CO2  Amina yang kaya CO2 tersebut

dipanaskan untuk melepaskan CO2 murni.

 CO2 dikompresi menjadi cair sehingga dapat dipindahkan jauh dari tempat asal.

 Setelah dingin, amina disirkulasikan kembali ke system penangkapan untuk

dipakai ulang Source : www.google.com/post-combustion-capture-systems

Pre-combustion Capture Systems

Menghilangkan karbon sebelum pembakaran. Dengan gasifikasi batubara melalui reaksi dengan oksigen yang lebih banyak, memungkinkan untuk menghasilkan campuran CO2 dan H2 yang lebih banyak.

Source : www.google.com/pre-combustion-capture-systems

Pre-combustion Capture Systems

TAHAPAN :

 Batu bara dipanaskan secara perlahan untuk mengeluarkan synthetic gas yang terdiri dari CO dan H2.

 CO akan direaksikan dengan air untuk menghasilkan H2 dalam jumlah lebih banyak daripada CO2.  CO2 dipisahkan dan dikompresi

menjadi cair agar mudah dipindahkan.

 Hidrogen yang dihasilkan digunakan sebagai bahan bakar pembangkit

Oxy-fuel Combustion Capture Systems

Menggunakan oksigen murni untuk mendukung pembakaran bahan bakar fosil. Sehingga membuat gas pembuangan berupa CO2 dan air mudah untuk dipisahkan.

Source : www.google.com/oxy-fuel-combustion-capture-systems

Oxy-fuel Combustion Capture Systems

TAHAPAN :

 membakar bahan bakar fosil dengan oksigen murni  Gas buang yang dihasilkan hampir seluruhnya terdiri dari CO2

dan air.

 Air dikeluarkan melalui kondensasi sedangkan CO2 dikompresi menjadi cair agar dapat dipindahkan

Source : www.google.com/oxy-fuel-combustion-capture-systems

Transportasi

Source : http://google.com/carbon-capture-storage-transportation

Transportasi

Transport CO2 (pemindahan CO2). Setelah ditangkap,

milyaran ton emisi CO2 dikompresi menjadi cair agar mudah diangkut ke tempat penyimpanan yang sesuai. Untuk penyimpanan di tambang migas offshore, Co2 diangkut melalui jalur pipa offshore, menggunakan kapal atau kombinasi keduanya.

Penyimpanan

Tempat penyimpanan paling praktis untuk menyimpan emisi karbon dalam jumlah banyak biasanya reservoir minyak atau gas yang sudah tua. Yang diperlukan adalah reservoir berpori dan berlapis yang ditutup batuan lumpur dan garam. Saline aquifers merupakan batuan berpori berisi air yang sangat asin. Lapisan ini dapat menjadi tempat untuk menyimpan CO2

Source : http://geoligence.wordpress.com/2012/08/24/carbon-capture-and-storage-teknologi-energi-alternatif/

Teknologi Penyimpanan Carbon

1.

Penyimpanan Geologis Bawah Tanah

Underground geological storage.

 Karbon dioksida dapat diinjeksikan ke dalam permukaan bumi,  Teknologi ini memungkinkan penyimpanan CO2 secara

permanen dalam jumlah yang besar dan teknologi ini merupakan opsi penyimpanan yang pernah dikaji secara lengkap.

 Minyak tanpa gas dan reservoir gas merupakan pilihan penting untuk penyimpanan secara geologis.

* lapangan minyak tanpa gas berkapasitas 126 gigaton. * Reservoir gas alam tanpa gas berkapasitas 800 gigaton. * r eservoir air garam jenuh berkapsitas 400 – 10.000 gigaton.

Underground geological storage.

 Tempat terbaik menyimpan CO2 adalah di bawah caprock,shale dengan permeabilitas rendah atau salt bed karena mereka secara fisik mengurung karbondioksida.

 Disimpan di lapangan minyak, lapangan gas, bekas batubara dan formasi saline.

 Juga digunakan di Enhanced Oil Recovery

Underground geological storage.

Gambar menunjukkan cara ang mungkin untuk menyimpan karbondioksida di bawah tanah

Source: http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.pdf

Underground geological storage.

 Potensi masalah dalam sistem penyimpanan geologi adalah CO2 yang diinjeksikan akan bocor kembali ke atmosfer.

 Karbon dioksida dapat merembes melalui pori-pori di caprocks yang menyerpih, melalui bukaan di patahan, rekahan, ataupun jejak bekas pengeboran gas/minyak tua.

 Penelitian dan pengembangan di masa depan dalam proses ini adalah untuk melihat bagaimana cara mencegah kebocoran di berbagai jenis tempat penyimpanan.

Ocean storage

CO2 disimpan di lautan dengan:

 Injeksi langsung.

 Disolusi material karbon

 Produksi danau CO2.

1. Direct injection

 The captured CO2 is compressed and injected deep in the ocean so it can dissolve in the surrounding water and become part of the ocean carbon cycle.

 Eventually the ocean and atmosphere will equilibrate causing the CO2 to be dispersed back into the air, but that occurs on a very large time scale and therefore is not a serious drawback for CO2 ocean storage.

2. Disolusi Material Karbonat

 Saat lautan mendapat tambahan CO2, aciditasnya meningkat

 Untuk menetralisasi ini, disolusi alami dari material karbonat di dasar laut terjadi membuat

keseimbangan

 Cara lain adalah dengan menambah mineral alkalin pada lautan; yang akan menambah cadangan karbon lautan untuk skala waktu jangka panjang dan pendek

3. Production of a CO2 lake

 Sebuah danau CO2 dibentuk dengan mengambil karbon dioksida dan mengkrompesinya menjadi bentuk cair yang lebih padat dibandingkan dengan air laut, sehingga CO2 pekat akan mengendap di dekat dasar laut

 CO2 harus diturunkan menjadi sekitar 3000 meter di bawah permukaan laut.

 Tidak ada percobaan skala besar telah dilakukan. Ide ini relatif baru dan belum teruji.

Pemantauan (Monitoring)

Memantau dan memverifikasi jumlah CO2 yang tersimpan sangatlah penting jika penyimpanan CO2 digunakan untuk memenuhi komitmen nasional dan atau internasional sebagai dasar perdagangan emisi. Setiap tempat penyimpanan CO2 harus diperiksa untuk mengetahui ada tidaknya kebocoran CO2 dari tempat penyimpanan.

Pemantauan (Monitoring)

Terdiri dari 3, yaitu : 1. Geochemical Monitoring 2. Seismic Monitoring 3. Non-Seismic Monitoring

Source : http://google.com/monitoring-ccs-seismic Source : www.google.com/monitoring-carbon-capture-storage

Sifat Fisik CO

₂ Densitas dari CO2 sangat dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan.

Sumber (http://\cdiac.esd.ornl.gov.)

Fasa cair dan gas muncul bersamaan pada titik kritis dengan temperatur kritis 30,98 C dan tekanan kritis 73,77 bar. Dibawah temperatur kritis, CO2 dapat

berwujud cair atau gas. Sedangkan diatas temperatur kritis, CO2 akan berwujud

sebagai gas. Akan tetapi dengan meningkatnya tekanan, fasa uap menjadi dan berlaku seperti cairan.

Sasaki et al. (2008), melakukan perhitungan nilai densitas CO2 terhadap tekanan dan temperatur.

(Sasaki et al., 2008) Fasa cair dan gas muncul

bersamaan pada titik kritis dengan temperatur kritis 30,98 C dan tekanan kritis 73,77 bar. Dibawah temperatur kritis, CO2 dapat berwujud cair atau gas. Sedangkan diatas temperatur kritis, CO2 akan berwujud sebagai gas. Akan tetapi dengan meningkatnya tekanan, fasa uap menjadi dan berlaku seperti cairan.

Viskositas

Viskositas CO2 merupakan fungsi dari tekanan dan temperatur (Goodrich, 1982). Ketika tekanan meningkat pada temperatur reservoir konstan, viskositas gas pun semakin meningkat.

(Djauhari op. cit Holm and Josendal 1982, 2007)

Pengaruh CO2 Terhadap Batuan Reservoir

Pada dasarnya pengaruh CO2 ditandai dengan adanya asam karbonat yang dibentuk dari kelarutannya dalam air dengan persamaan kesetimbangan:

CO2 + H2O H2CO3

Sedangkan pada batuan lempung, pengaruhnya akan mengurangi pH. Hal ini akan menghentikan lempung dari pengembangan dan penyempitan pori-pori.

Sementara efeknya terhadap batuan yang mengandung karbonat dapat dilihat dari reaksi di bawah ini:

H2CO3 + CaCO3 Ca(HCO3)2

H2CO3 + MgCO3 Mg(HCO3)2

Indonesia’s “REFF-Burn” Program

(Reducing Emissions from Fossil Fuel Burning)

Integrate all efforts and technology to reduce emissions from burning fossil fuels in :

1. Pre Combustion (Fossil’s Avoidance)

 Efficient Technology

 Renewable Energy

2. During Combustion (CO2 Reduction)

 Clean Fossil Technology 3. Post Combustion (CO2 Capture)

 Carbon Capture and Storage

Cost Evaluations

Geological Sequestration

Deep Aquifer EOR

Deep Aquifer

Abundant Oil Field Coal Bed

Geological Storage Mechanisms

 Physical trapping by immobilising CO2 in a gaseous or

supercritical phase as two main forms: static trapping in structural traps and residual-gas trapping in a porous structure.

 Chemical trapping in formation fluids either by dissolution

or by ionic trapping. Once dissolved, the CO2 can react chemically with minerals (mineral trapping) or adsorb on

the mineral surface (adsorption trapping).

 Hydrodynamic trapping through the upward migration of

CO2 at extremely low velocities leading to its trapping in

intermediate layers. Migration to the surface would take

millions of years.

Fracture?

CO2 chimney CO2 Chimney

Fracture ?

Seismic data at Sleipner Injection １Mt/y

Before (1994年）

After (2001年）

Sleipner

４D Seismic Upper-Utsira Coherency

Fracture ? CO2 chimney Fracture ? Injection Point 1999 [950ms] 1994 [950ms] 2001 [950ms]

In the upper Utsira, a fracture can be seen at 950 ms and as more CO2 is injected, the bubble expanding.

Microgravity Survey at Sleipner

Eiken, 2004

CO2 movement in Utsira sandstone

Monitoring during CO2 Injection



Temperature and Pressure of well head

and bottom (Continuous observation)



Well logging (Time Lapse)

Induction well logging Neutron well logging Sonic log

Gamma ray logging



Seismic tomography

Technology on monitoring CO2 injection process :

1. 4D Electrical and Electromagnetic Monitoring

2. 4D Gravity Monitoring

3. InSAR Monitoring

4. 4D Microseismic Monitoring

5. Natural Earthquake Tomography & Interferometry

6. Geochemical & Hydrogeological Monitoring

The research project will answer following things:

1. Characterizing the reservoir model based on its structure, stratigraphy and physical properties that support production activity.

2. Characterizing the cap-rocks to get knowledge of the extent, nature and sealing capacity of the cap-rock is perhaps the key purely geological element in assesssing and establising the long-term safety case for the CO2 repository.

3. Elucidation of CO2 migration pattern

4. Improving the related technology on monitoring CO2 injection

process. All of monitoring techniques are applied in order to get high confident related to SHE (Safety, Health and Environment).