Wychwytywanie węgla z atmosfery. Na drodze ku zerowej emisji gazów cieplarnianych

0
331

Jednym z największych winowajców ocieplenia i wynikających z niego zmian klimatycznych jest emitowany do atmosfery dwutlenek węgla. Konieczność dekarbonizacji czyli ograniczenie emisji CO2 i redukcji udziału gazu w składzie atmosfery aż do jego całkowitego wyeliminowania określana jest jako jedno z podstawowych wytycznych światowych regulacji i dyrektyw, a przez wielu klimatologów uznawana za jedynego gwaranta powstrzymania katastrofy klimatycznej. 

Czysta atmosfera występuje przede wszystkim w kontekście redukcji (do zera) wolumenu gazów cieplarnianych, ale także usuwania już wyemitowanych zanieczyszczeń. Oczywiście lepiej byłoby nie emitować wcale. To jednak może okazać się technologicznie, społecznie i politycznie bardzo trudne. Czy z pomocą mogą przyjść systemy wychwytujące CO2?

CCS

W istocie rozwiązaniem problemu zanieczyszczeń CO2 mógłby zostać proces tzw. sekwestracji, czyli wychwytywania dwutlenku węgla powstającego podczas procesów produkcyjnych zanim ten przedostanie się do atmosfery. W ten sposób problematyczne w tym momencie spalanie paliw kopalnych mogłoby dalej odbywać się bez przeszkód. Systemy wychwytywania punktowego (CCS – carbon capture and storage) istnieją, wymagają jednak instalacji drogich urządzeń, których sama obsługa także jest niezwykle kosztowna. Dodatkowym mankamentem jest również brak jakiejkolwiek zachęty ze strony stosownych przepisów energetycznych – przedsiębiorstwa nic nie zyskują na wdrażaniu takich instalacji, ani nie są do tego obligowane, stąd systemy tego rodzaju wykorzystywane są jedynie sporadycznie. 

DAC

Podobną technologią jest DAC (direct air capture) – systemy bezpośredniego wychwytywania węgla z atmosfery. To rodzaj swoistego “odkurzacza”. Metoda jest bardziej elastyczna niż CCS ponieważ może być stosowana wszędzie tam gdzie istnieje taka konieczność (a nie tylko “na kominach” emitentów), trzeba jednak przyznać, że jest także dużo większym wyzwaniem technologicznym. Stężenie CO2 w atmosferze znacznie bowiem spada w miarę oddalania się od miejsc bezpośredniej emisji, a stąd wychwytywanie cząsteczek gazu staje się przez to trudniejsze.

Technicznie systemy DAC zbudowane są z ogromnych wentylatorów zasysających powietrze atmosferyczne, które kierowane jest do specjalnych filtrów z substancjami chemicznymi wiążącymi CO2, by opuścić system już jako w pełni oczyszczone z węgla.

Kierunki badań

Najbardziej istotne są tu materiały wykorzystywane do wiązania dwutlenku węgla. Laboratoria cały czas pracują nad nowymi, coraz bardziej skutecznymi i efektywnymi, ale także mniej kosztownymi substancjami. Mankamentem takich systemów jest niestety ich duża energochłonność –  przechwytywanie i magazynowanie CO2 wymaga zużycia dużej ilości energii. Postęp technologiczny w tych obszarach jest w tej chwili kluczowy na drodze popularyzacji i wdrażania zarówno systemów DAC, jak i CCS.

Koszty

Ile zatem kosztowałoby “odessanie” węgla z atmosfery. W swej książce “Jak Ocalić Świat” Bill Gates szacuje koszt usunięcia tony emisji CO2 z wykorzystaniem DAC na 200 dolarów. Koszt ten jego zdaniem można byłoby ewentualnie zredukować o połowę w efekcie działania różnych innowacji technologicznych. Wykorzystanie systemu DAC do usunięcia całej rocznej emisji gazów cieplarnianych (51 miliardów ton) kosztowałoby zatem co najmniej 5,1 biliona dolarów rocznie, co stanowi wynik raczej gigantyczny (około 6% całej światowej gospodarki). Ryan Hanna z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego szacuje z kolei, że przy nakładach rocznych wynoszących 1-2% globalnego produktu krajowego brutto, można rozbudować układy DAC tak, aby usunąć około 2,3 miliardów ton CO2 rocznie. 

Liczby te wskazują, że systemy tego rodzaju odgrywać mogą pewną, choć jedynie uzupełniającą rolę w ogólnoświatowym ograniczaniu ilości gazów cieplarnianych w atmosferze (zwłaszcza, że nie eliminują one wszystkich rodzajów tego typu gazów). Na razie jednak nie są one technologiczne gotowe do działania na masową skalę. Prace jednak trwają nadal i jest szansa zarówno na wzrost efektywności, jak i spadek kosztów produkcji oraz instalacji takich systemów.

Australijska metoda bezpośredniej konwersji CO2 na węgiel

Przykładem tego typu działań niech będzie opracowana na Uniwersytecie RMIT w Melbourne metoda dekarbonizacji pozwalająca wychwytywać CO2 bezpośrednio z kominów fabryk oraz elektrowni spalających paliwa kopalne i przetwarzać w stałą formę węgla. Proces ten może pomóc w oczyszczaniu przemysłu ciężkiego, zwłaszcza produkcji cementu i stali, gdzie węgiel stanowi podstawowy element procesów wytwórczych. Tu właśnie samo wykorzystanie zielonych źródeł energii nie wystarczy, stąd konieczność wychwytywania dwutlenku węgla powstającego w procesie produkcyjnym, albo zmiana technologii (procesy chemiczne są jednak nieubłagane). Metoda australijska pozwala w sposób natychmiastowy przetwarzać gaz na węgiel w stałej postaci, który z kolei może być łatwo, a przede wszystkim tanio magazynowany (lub wykorzystany), dając nadzieję jej twórcom na wykonanie bardzo ważnego kroku na drodze ku gospodarce zeroemisyjnej. 

Technologia zasadza się na wstrzykiwaniu CO2 do zbiorników z ciekłym metalem. Cząsteczki gazu podczas przemieszczania się przez ciekły metal podlegają rozpadowi, tworząc płatki węgla w stałej postaci. Cały proces trwa zaledwie ułamek sekundy.

Dotychczasowe technologie CCS w dużej mierze koncentrowały się na procesie sprężaniu gazu do formy płynnej i wtłaczania go do podziemnych magazynów. To zwykle kosztowne projekty inżynieryjne i środowiskowo ryzykowne. W przypadku omawianej metody jest inaczej. Nie wymaga wysokich temperatur, a więc do realizacji procesów łatwo można zastosować energię odnawialną; brak potencjalnych wycieków i bezpieczeństwo składowania to dodatkowe argumenty przemawiające za kontynuowaniem prac nad jej komercyjnym wykorzystaniem. 

Choć wydaje się, iż systemy typu DAC czy CCS mają ograniczoną rolę w globalnej rajdzie ku gospodarce zeroemisyjnej, to jednak innowacje technologiczne, jak w przypadku australijskiej sekwestracji, mogą wpłynąć na zmianę takiego stanu rzeczy. Technologie mają to do siebie, że potrafią niespodziewanie zmienić obraz sytuacji. I trzeba przyznać, że w kontekście ograniczania emisji gazów cieplarnianych, mogą mieć decydujący głos.