Kompendium wiedzy – technologia CCS

Technologia CCS, czyli wychwytywanie dwutlenku węgla (CO2), to jedno z kluczowych narzędzi w walce ze zmianami klimatycznymi i w redukcji emisji gazów cieplarnianych. W ostatnich latach zyskało ono na znaczeniu w debacie publicznej, polityce i badaniach naukowych, jako potencjalna technologia umożliwiająca ograniczenie negatywnych skutków wzrostu koncentracji CO2 w atmosferze. Niniejszy artykuł przedstawia różne metody i technologie wychwytywania dwutlenku węgla, ich zastosowania oraz wyzwania związane z ich implementacją.

Gazy cieplarniane a zmiany klimatyczne

Gazy cieplarniane regulują temperaturę na Ziemi poprzez zatrzymywanie ciepła w atmosferze, co jest istotne dla utrzymania stabilnych warunków życia na naszej planecie. Jednakże nadmierne emisje takich gazów, szczególnie w wyniku działalności człowieka, przyczyniają się do zmian klimatycznych i globalnego ocieplenia. Pod tymi pojęciami kryją się takie zjawiska, jak przyspieszenie procesu topnienie lodowców; podnoszenie się poziomu mórz; zmiany w układzie opadów atmosferycznych oraz zwiększenie częstotliwości ekstremalnych zjawisk pogodowych, takich jak huragany, nagłe spadki temperatur czy susze. Gazami cieplarnianymi są przede wszystkim para wodna, metan, dwutlenek węgla, podtlenek azotu, fluorowęglowodory, perfluorowęglowodory oraz sześciofluorek siarki.

Przyszły poziom emisji antropogenicznego (czyli powstałego w wyniku działalności człowieka) dwutlenku węgla zależy od wielu czynników, zarówno ekonomicznych, społecznych, jak i technologicznych. Wzrost gospodarczy, rozwój populacji i postępująca urbanizacja mogą prowadzić do większego zużycia energii i zwiększonego zapotrzebowania na transport, a co za tym idzie wzrostu emisji CO2. Z drugiej strony natomiast obserwujemy rozwój w dziedzinie energii odnawialnej, a technologie wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS) oraz zmiany polityki rządowe i międzynarodowe porozumienia klimatyczne mają istotny wpływ zmniejszenie poziomu emisji CO2. Ważne w tej kwestii są również zmiany zachowań konsumenckich i społecznych, na przykład większa świadomość ekologiczna, która może prowadzić do zmniejszenia zużycia energii, ograniczenia produkcji odpadów i zwiększenia skali recyklingu.

Technologie wyłapywania i przetwarzania CO2

Technologia CCS koncentruje się głównie na wychwytywaniu CO2 emitowanego przez duże punktowe źródła, takie jak elektrownie węglowe i zakłady przemysłowe, a następnie jego składowaniu w geologicznych formacjach ziemnych, takich jak złoża węglanów, czy też wykorzystaniu w procesach przemysłowych. Z kolei CCUS rozszerza ten koncept poprzez dodanie etapu wykorzystania wychwyconego CO2 do celów produkcyjnych, takich jak produkcja paliw, chemikaliów lub materiałów budowlanych, przed jego ostatecznym składowaniem. Obie te technologie mają potencjał znacznego zmniejszenia emisji CO2, szczególnie w sektorach, gdzie trudno jest zastąpić paliwa kopalne innymi źródłami energii, takimi jak przemysł cementowy czy produkcja stali. Technologie CCS i CCUS mogą być również wykorzystane w biogazownictwie, a więcej szczegółów dotyczących tego zagadnienia znajduje się w artykule Czy biogaz może uratować polską gospodarkę.

Aktualnie istnieje kilka metod wychwytywania i separacji dwutlenku węgla ze spalin i gazów. Do najpopularniejszych zaliczamy:

• procesy absorpcji chemicznej, które wykorzystują reakcje chemiczne między CO2 a substancją chemiczną, zwanej absorbentem. Mogą to być np. aminy czy wodorotlenki;
• procesy absorbcji fizycznej, które wykorzystują właściwości adsorpcyjne materiałów, takich jak np. węgiel aktywny, zeolity, struktury MOF, do przechwycenia CO2 z przepływającego gazowego strumienia;
• metody kriogeniczne, które wykorzystują niskie temperatury do kondensacji CO2 i oddzielenia go od innych gazów w mieszaninie;
• technologie membranowe (polimerowe, ceramiczne i hybrydowe), które opierają się na wykorzystaniu membran półprzepuszczalnych do selektywnego oddzielania CO2 z mieszanki gazowej.

Dwutlenek węgla wyłapany podczas procesu CCS może być przechowywany długoterminowo w różnego rodzajach geologicznych formacjach oraz innych miejscach do tego przystosowanych. Najczęstszym miejscem składowania CO2 są złoża geologiczne, takie jak, kawerny solne, puste złoża gazu ziemnego, wyeksploatowane złoża ropy naftowej lub węglowodorów oraz głębokie warstwy wodonośne. CO2 jest pompowany pod ziemię, gdzie jest trwale zamykany w porowatych skałach, co zapobiega jego uwalnianiu do atmosfery. Przechowywanie CO2 w złożach geologicznych jest uważane za jedną z najbezpieczniejszych i najbardziej efektywnych metod CCS. Również obszary wydobywanej rudy, węgla lub innych surowców, które zostały wyczerpane, mogą być wykorzystane do przechowywania CO2. Puste kopalnie lub kamieniołomy mogą stanowić odpowiednie miejsce do jego trwałego składowania. Dodatkowo CO2 można zatłaczać do eksploatowanych złóż ropy naftowej lub gazu ziemnego w celu wspomagania ich wydobycia. Ciekawym rozwiązaniem jest również składowanie CO2 w podmorskich formacjach geologicznych lub pod dnem morskim. Z tego rozwiązania zamierza skorzystać Grupa ORLEN, która w grudniu 2023 roku ogłosiła że przejmuje 50 proc. udziałów w koncesji Polaris na Morzu Barentsa. Natomiast w ramach projektu ECO2CEE, który został wpisany na listę Projektów Wspólnego Zainteresowania Unii Europejskiej, Grupa ORLEN planuje budowę terminalu morskiego do przeładunku CO2, który następnie będzie transportowany statkami i magazynowany pod dnem Bałtyku.

Przyszłość wyłapywania CO2

Zgodnie z raportem 2023 Global Status of CCS Report pod koniec 2023 roku na świecie realizowano 41 komercyjnych projektów wychwytu dwutlenku węgla, natomiast aż 351 projektów było w na etapie rozwojowym. Jest to bardzo obiecujący trend w obliczu potrzeby znacznego zwiększenia skali wychwytu CO2. Plany UE dotyczące CCS są natomiast częścią strategii Unii Europejskiej mającej na celu ograniczenie emisji gazów cieplarnianych i przystosowanie się do zmian klimatycznych i są zawarte między innymi w takich dokumentach jak strategia „Europejski Zielony Ład”, Fundusz Sprawiedliwej Transformacji, czy „Fit for 55”. Zgodnie z założeniami Komisji Europejskiej skala CCS w UE powinna wynieść do roku 2030 co najmniej 50 mln Mg CO2/rok, do roku 2040 ma to być 280 mln Mg CO2/rok, natomiast do roku 2050 – 450 mln Mg CO2/rok.

Są to ambitne plany. Natomiast w obliczu narastającej presji na redukcję emisji gazów cieplarnianych, technologie CCS i CCUS są coraz częściej postrzegane jako niezbędne do osiągnięcia celów klimatycznych. Pomimo wielu wyzwań, takich jak wysokie koszty inwestycyjne i potrzeba odpowiedniej infrastruktury, rozwój tych technologii jest w tym momencie kluczowy. Inwestycje w CCS i CCUS mogą przynieść korzyści zarówno z punktu widzenia ochrony środowiska, jak i gospodarcze, przyczyniając się do transformacji sektorów wysokoemisyjnych w kierunku bardziej zrównoważonej przyszłości energetycznej.