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Please use this identifier to cite or link to this thesis: http://hdl.handle.net/10589/133979

Author: ROTTOLI, MARIANNA
VINCA, ADRIANO
Supervisor: TAVONI, MASSIMO
Scientific Disciplinary Sector: ING-IND/35 INGEGNERIA ECONOMICO-GESTIONALE
Date: 28-Apr-2017
Academic year: 2015/2016
Title: The role of carbon capture and storage for climate stabilization : a numerical assessment
Italian abstract: L’obbiettivo di limitare l’incremento di temperatura sotto la soglia dei 2°C rispetto ai livelli pre-industriali comporterà futuri considerevoli sforzi economici e tecnologici. Secondo l’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), le tecnologie con Carbon Capture and Storage (CCS) hanno, in questo contesto, un ruolo di primaria importanza. Tuttavia, una delle maggiori criticità relative all’adozione di queste tecnologie a basse emissioni di carbonio è legata al costo rilevante. Utilizzando il modello World Induced Technical Change Hybrid (WITCH), intendiamo comprendere meglio il ruolo delle tecnologie con CCS nel settore elettrico. Il nostro contributo è il seguente: (1) migliorare la rappresentazione delle tecnologie CCS disponibili nel settore elettrico, con i rispettivi parametri di performance e costi, (2) modellizzare l’influenza dei progressi tecnologici (learning by doing) sullo sviluppo della CCS nel tempo, (3) perfezionare la rappresentazione della disponibilità di siti di stoccaggio, i costi di trasporto e stoccaggio della CO2 e la possibilità di fuoriuscite di carbonio e (4) valutare lo sviluppo della CCS nel mix energetico e la riduzione di emissioni associate, in relazione a diversi obbiettivi di temperatura e politiche climatiche. Affrontiamo queste domande di ricerca presentando un approfondito studio della letteratura, sviluppando espressioni analitiche poi implementate nell’Integrated Assessment Model (IAM) WITCH e infine, sperimentando diversi scenari di policy per quantificare la solidità dei risultati. Le più importanti conclusioni che otteniamo sono le seguenti. Sia i costi di investimento che i costi relativi allo stoccaggio hanno un forte impatto sul futuro sviluppo della CCS: il learning by doing, e la riduzione di costi associata, potrebbe di conseguenza influenzare l’importanza della CCS tra le opzioni di mitigazione dei cambiamenti climatici. Inoltre, i retrofitting sembra essere una valida strategia per evitare la dismissione degli impianti tradizionali, ad elevate emissioni di carbonio. L’affidabilità dei siti di stoccaggio sembra essere un parametro altrettanto importante: persino ridotti tassi di fuoriuscite di CO2 dai siti di stoccaggio, riducono in modo significativo i benefici legati alla CCS. Infine, l’importanza della CCS come opzione di mitigazione varia notevolmente a seconda dell’obbiettivo di temperatura. La validità dei risultati è messa in discussione attraverso una analisi di sensitività e una simulazione Monte Carlo, i cui risultati forniscono un test di robustezza della nostra ricerca.
English abstract: The goal of limiting global temperature increase below 2°C above the pre-industrial level will require overcoming significant economic and technological challenges. According to the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Carbon Capture and Storage (CCS) technologies will play a role of primary importance in this context. However, one of the major issues related to the adoption of CCS technologies is their cost and deployability. Using the World Induced Technical Change Hybrid (WITCH) energy climate model framework, we aim at deepening the understanding of the role of CCS technologies in the electric sector. Our contribution is the following: (1) improve the representation of CCS available technologies in the power sector, with the related performance parameters and costs, (2) model technological improvements (learning by doing) on CCS deployment over time, (3) better represent storage availability, costs of CO2 storage chain and leakage of stored CO2 and (4) evaluate CCS deployment in the overall energy mix and associated emissions reduction, in relation with different temperature targets and climate policies. We approach these research questions by providing an extensive literature review, developing analytic expressions, implementing the improvements in the WITCH Integrated Assessment Model (IAM) and by running a set of policy scenario to quantify robust findings. The main conclusions can be summarized as follow. Both investment cost and storage related cost heavily impact on future of CCS deployment: learning by doing, and the cost reduction associated, could therefore influence the role of CCS as a climate change mitigation option. Retrofitting existing coal power plant proves to be a valuable CCS solution to avoid carbon intensive power plants to be shut down, especially in countries like China. Reliability of storage sites appears to be an extremely important parameter in driving CCS deployment: even small yearly leakage rates of CO2 from underground reservoirs significantly lowers the benefits of CCS. Finally, the importance of CCS as a mitigation option varies significantly with the temperature target. The validity of the results is checked through some sensitivity analyses and a Monte Carlo simulation, whose outcomes provide a robustness check of our research.
Italian keywords: carbon capture and storage; mitigazione dei cambiamenti climatici; integrated assessment models; settore elettrico
English keywords: carbon capture and storage; climate change mitigation; integrated assessment models; electricity sector
Language: eng
Appears in Collections:POLITesi >Tesi Specialistiche/Magistrali

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