4 grudnia 2022

Technologia wychwytywania i ponownego wykorzystania węgla jest coraz popularniejsza. Ale czy może ona pomóc światu w osiągnięciu celów klimatycznych?

Tylko nieliczne innowacje osiągają obecnie cele redukcji emisji dwutlenku węgla określone w Porozumieniu paryskim na rok 2030.

Jeśli ostatni raport IPCC mówi nam cokolwiek, to to, że nadszedł czas, aby stawić czoła zmianom klimatycznym już teraz. I choć zmniejszenie ilości zużywanych przez nas paliw kopalnych jest absolutnie niezbędne, nie ma wątpliwości, że część dwutlenku węgla z naszej atmosfery trzeba będzie w ten czy inny sposób odessać. W tym właśnie celu stosuje się wychwytywanie i sekwestrację dwutlenku węgla.

Wychwytywanie i sekwestracja dwutlenku węgla, często nazywane CCS, to proces, w którym CO2 może być odsysany ze źródeł takich jak kominy elektrowni lub, w niektórych przypadkach, nawet z atmosfery poprzez bezpośrednie wychwytywanie powietrza. Następnie węgiel jest trwale zamykany, często pod ziemią, poprzez sekwestrację.

Istnieje jednak inna potencjalna droga do wychwytywania dwutlenku węgla: ponowne wykorzystanie go w innym produkcie. W świecie, w którym konieczna jest gospodarka cyrkulacyjna oparta na ponownym wykorzystaniu jak największej ilości materiałów, wiele osób poszukuje drugiego życia dla emisji gazów cieplarnianych.

„Wychwytywanie dwutlenku węgla jest zdecydowanie jednym ze sposobów usuwania CO2 z atmosfery” – mówi Daniel Sanchez, asystent specjalisty ds. współpracy w zakresie rozszerzania działalności na wydziale nauk o środowisku, polityki i zarządzania na UC Berkeley. „Możemy jednak zrobić z tym o wiele więcej. Możemy ograniczyć emisje i możemy je poddawać recyklingowi”.

Wciąż jednak pozostaje wiele pytań dotyczących tego, w jaki sposób dwutlenek węgla może być ponownie wykorzystany – i czy rzeczywiście jest to opłacalne dla klimatu.

Wychwytywanie i utylizacja dwutlenku węgla, wyjaśnione

W 2017 r. grupa naukowców stwierdziła, że aby nie dopuścić do wzrostu temperatury o 2 stopnie Celsjusza powyżej poziomu sprzed epoki przemysłowej do 2050 r., świat musiałby uniknąć emisji około 800 gigaton dwutlenku węgla przez następne trzy dekady. Nawet przy ograniczeniu emisji, do 2050 r., a nawet później, trzeba będzie sekwestrować około 120-160 gigaton CO2.

Jednak nie ma zbyt wielu bodźców ekonomicznych, aby zakopywać duże ilości węgla głęboko pod powierzchnią ziemi lub morza. Z pomocą przychodzi wychwytywanie i utylizacja dwutlenku węgla (CCU), która przekształca gazy odlotowe w produkty nadające się do sprzedaży.

Istnieje kilka sposobów, w jakie wychwycony węgiel może być sprzedawany i ponownie wykorzystywany, poczynając od wykorzystania bezpośredniego, czyli bez konwersji. Jest to metoda, w której dwutlenek węgla nie ulega przemianom chemicznym. Niektóre popularne formy bezpośredniego wykorzystania to odprowadzanie gazu do szklarni, koncentrowanie go w postaci nawozów oraz przekształcanie go w rozpuszczalnik do dekofeinizacji lub prania chemicznego.

Jednak najczęstszym sposobem ponownego wykorzystania dwutlenku węgla w drodze niekonwersji jest intensyfikacja wydobycia ropy naftowej. Wzmocniony odzysk ropy naftowej (EOR) to proces, w którym dwutlenek węgla jest wstrzykiwany do istniejącego złoża ropy naftowej, aby poprzez zwiększenie ciśnienia wydobyć jeszcze więcej ropy naftowej. (Według jednej z analiz z 2018 roku świat produkuje tą metodą 500 000 baryłek ropy dziennie). Teoretycznie, jeśli część dwutlenku węgla pozostanie pod ziemią, a reszta zostanie odzyskana i ponownie wtłoczona do procesu, ropa może być „neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla”. Oczywiście spalanie ropy naftowej nadal uwalnia dwutlenek węgla do atmosfery, więc bilans zależy od tego, skąd pochodzi gaz w procesie EOR i kto jest odpowiedzialny za jego składowanie.

Oprócz wykorzystania dwutlenku węgla jako takiego, można go przetworzyć na takie produkty jak metan, metanol, benzyna, polimery z tworzyw sztucznych, cement i beton. W niektórych przypadkach węgiel wychwycony w tych produktach może być utrzymywany z dala od atmosfery teoretycznie nawet przez stulecia.

Jednak bez względu na to, w jaki sposób wychwycony węgiel zostanie wykorzystany, emisje te prawdopodobnie pewnego dnia trafią z powrotem do atmosfery – co doprowadziło do wielu dyskusji na temat tego, czy i w jaki sposób technologie te powinny być wykorzystywane w walce ze zmianami klimatu.

Debata na temat wykorzystania CCU w walce ze zmianami klimatu

W zeszłym miesiącu w czasopiśmie OnEarth opublikowano badania, w których przeanalizowano cykl życia emisji i gotowość technologiczną kilkudziesięciu różnych ścieżek CCU, aby ustalić, czy któraś z nich mogłaby potencjalnie spełnić globalne cele zmniejszenia emisji dwutlenku węgla o połowę do 2030 roku i osiągnięcia zerowej emisji netto do 2050 roku. Po rozważeniu, skąd pochodzi dwutlenek węgla (z atmosfery, biogeniczny lub pochodzący naturalnie z roślin, paliw kopalnych lub kombinacji biogenicznego i paliw kopalnych) i do czego jest wykorzystywany (bezpośrednie wykorzystanie, paliwa i chemikalia, węglany mineralne i materiały budowlane lub intensyfikacja wydobycia węglowodorów), tylko kilka metod spełniło warunki Porozumienia Paryskiego na rok 2030. Zaledwie jedna z nich spełniłaby warunek na rok 2050.

Naukowcy odkryli, że technologie, które spełniły cele na rok 2030, to wykorzystanie dwutlenku węgla z biogazowni do wzbogacania szklarni rolniczych, biogennego dwutlenku węgla do produkcji materiałów budowlanych, gazów spalinowych wychwytywanych bezpośrednio do produkcji materiałów budowlanych oraz gazu z pieca tlenowego do produkcji mocznika, który może być wykorzystywany w nawozach i produktach komercyjnych. Natomiast EOR osiąga cele paryskie tylko w bardzo szczególnych warunkach, gdy CO2 jest wykorzystywany bezpośrednio i gdy na jedną tonę zatłoczonego węgla przypadają nie więcej niż dwie baryłki ropy.

„Tylko nieliczne z tych tras CCU są kompatybilne w 2030 roku, albo dlatego, że nie są gotowe na czas” – mówi Kleijne de Kleijne, autor badania i doktorant na Uniwersytecie Radboud w Nijmegen w Holandii. „Są one wciąż na niskim poziomie dojrzałości technologicznej”.

Przejdź do wizji Porozumienia Paryskiego na rok 2050, a tylko jeden rodzaj CCU trafia na listę: bloki budowlane wykorzystujące oczyszczony strumień biogennego CO2. „Ponieważ CO2 nie jest trwale magazynowany w paliwach lub chemikaliach, produkty te mogą być ściśle zgodne z założeniami Paryża tylko wtedy, gdy CO2 jest pochodzenia biogenicznego lub atmosferycznego, a z procesami wychwytywania i konwersji związana jest zerowa emisja” – piszą autorzy.

Cele paryskie są jednak niezwykle trudne do osiągnięcia – mówi Sanchez. Biorąc pod uwagę, jak trudno będzie utrzymać zmiany klimatyczne na poziomie poniżej 1,5 stopnia Celsjusza i jak daleko jesteśmy obecnie od celu, poprzeczka jest bardzo wysoko postawiona.

„CCU może zastąpić inne alternatywne rozwiązania wykorzystujące paliwa kopalne. Może pomóc nam ograniczyć emisję, ale nie usuwa węgla z atmosfery” – mówi Sanchez. „Zatrzymuje węgiel w gospodarce”. Zauważa on, że bez długoterminowego składowania niemożliwe jest osiągnięcie zerowej emisji.

Istnieją jeszcze dwa inne ważne argumenty przemawiające za tym, że warto postawić na CCU. Jednym z nich jest to, że dzięki recyklingowi dwutlenku węgla do zastosowań, do których zazwyczaj wykorzystujemy paliwa kopalne, utrzymujemy więcej paliw kopalnych zakopanych głęboko pod ziemią i z dala od atmosfery.

Biorąc pod uwagę, jak wiele gałęzi przemysłu ma trudności z szybką dekarbonizacją, tym ważniejsze wydaje się znalezienie sposobów na utrzymanie gospodarki przy życiu bez degradacji środowiska związanej z wydobyciem kolejnych paliw kopalnych. Jedno z badań opublikowanych w zeszłym roku w czasopiśmie Nature wykazało, że aby mieć choćby 50-50% szans na osiągnięcie celów Porozumienia Paryskiego, 58% ropy naftowej, 59% gazu ziemnego i 89% węgla na naszej planecie musi pozostać w ziemi. „Jak pokazują te badania, dalsze inwestycje w wydobycie paliw kopalnych są nie do pogodzenia [z łagodzeniem zmian klimatu]” – powiedział PopSci we wrześniu współautor pracy, badacz systemów energetycznych z University College London, Steve Pye.

Drugim powodem jest to, że nawet gdybyśmy byli w stanie w ciągu jednej nocy przestawić światową energetykę na niemal zerowy poziom netto, to i tak prawdopodobnie bylibyśmy uzależnieni od wychwytywania i sekwestracji dwutlenku węgla, aby wyciągnąć istniejący węgiel z atmosfery i utrzymać klimat w ryzach (obecny poziom atmosferycznego CO2 wynosi 419,03 części na milion, w porównaniu z poziomem sprzed epoki przemysłowej wynoszącym około 260-270 części na milion). W niektórych przypadkach CCU może być wykorzystywane jako krok w kierunku bardziej trwałych technologii sekwestracji węgla.

„Wokół CCU toczy się naprawdę interesująca i bardziej złożona dyskusja” – mówi Sanchez. „Być może wszystkie pozytywne i negatywne emisje netto muszą być mniejsze lub równe zeru. Ale nie każda pojedyncza [technologia] musi być równa zeru”.

Dodaj komentarz