Zachytávání CO2 pomůže splnit klimatické cíle

Evropská rada stanovila pro EU závazný úkol snížit do roku 2030 emise skleníkových plynů nejméně o 55 procent oproti roku 1990 a do roku 2050 dosáhnout uhlíkové neutrality. Zachytávání CO2 ze vzduchu je podle všeho nutným předpokladem pro naplnění těchto ambiciózních cílů. Samotná dekarbonizace podpořená modernizací výrobních technologií totiž nebude stačit.

Zachytávání CO2 z výrobních procesů je v Evropě běžné

Metoda zachytávání CO2 známá pod zkratkou CCS (z anglického Carbon Capture and Storage = zachytávání a ukládání uhlíku) je ověřená léty praxe. Tato stále zdokonalovaná technologie se uplatňuje zejména u uhelných elektráren, tepláren a v celé řadě dalších průmyslových provozů.

K tomu, aby mohli znečišťovatelé v Evropě vypouštět do ovzduší CO2, musí mít emisní povolenky. Jedna povolenka opravňuje k vypuštění jedné tuny CO2 nebo jejího ekvivalentu jiné škodliviny. Cena emisních povolenek přitom tvoří zásadní nákladovou položku a podniky jsou tak motivovány své emise snižovat modernizací provozů a zkvalitňováním systémů zachytávání CO2.

Zachytávání CO2 je v podstatě filtrace. Na komíny, případně další zdroje emisí jsou instalovány sofistikované filtrační soustavy s chemickými membránami pro zachytávání CO2 z procházejících spalin. Během následného tepelně-chemického procesu se CO2 z filtrů separuje, pokračuje se jeho stlačením a zkapalněním, aby se v této formě mohl dále přepravovat potrubím nebo v cisternách.

Využití CO2

CO2 je bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který je ve vyšších koncentracích nebezpečný. Nicméně je nehořlavý, takže se používá v hasicích přístrojích, jako medium pro nafukovací čluny, vesty a další záchranné pomůcky. Uplatnění nachází v lékařství i technice, například v průmyslových laserech nebo při těžbě ropy. Pod tlakem přes 500 kPa se mění na kapalinu, ochlazením na -78 °C změní skupenství z plynného na pevné a vzniká takzvaný suchý led. Setkáváme se s ním pak v potravinářství, kde slouží jako chladivo či při výrobě sycených nápojů jako sodovky, piva a šumivých vín. V neposlední řadě se kapalný CO2 používá jako rozpouštědlo.

Typy zachytávání CO2 z emisí

V zásadě rozlišujeme tři způsoby zachytávání CO2. Výše popsaný postup nazýváme po-spalovacím zachytáváním CO2, neboť v principu dochází k získávání CO2 zpracováním odpadních plynů ze spalování fosilních paliv. Podobný průběh má zachytávání dalších škodlivých plynů z elektráren a továren, jako jsou oxidy síry a dusíku.

Druhým typem je před-spalovací zachytávání CO2 jako součást výroby vodíku. Probíhá tak, že se paliva (např. uhlí, biomasa nebo benzín) v pevném nebo kapalném stavu při chemické reakci za vysokých tepot zplyňují za vzniku vodíku a oxidu uhelnatého. Oxid uhelnatý se přemění na oxid uhličitý, jímá se a s využitím tlaku zkapalňuje do podoby takzvané superkritické kapaliny. Vodík se využije pro spalování na výrobu elektřiny, případně na jiné účely.

Pro úplnost doplňme ještě zachytávání CO2 s využitím kyslíkatého spalování, kdy se při spalování uhlí místo vzduchu přivádí čistý kyslík. Díky tomu se při spalování nevytváří dusík, ve spalinách se zvyšuje koncentrace oxidu uhličitého a usnadňuje se tak jeho následná separace.  

Snahy o zachytávání CO2 přímo ze vzduchu

Jak bylo řečeno v úvodu, samotná dekarbonizace továrních provozů nestačí. K dosažení uhlíkové neutrality do roku 2050 je totiž potřeba zachytit až 450 milionů tun oxidu uhličitého ročně, dosavadní roční záchyt činí nižší desítky milionů tun. Vyvíjejí se proto technologie pro zachytávání CO2 přímo ze vzduchu. Jedno z prvních velkých zařízení na zachytávání CO2 ze vzduchu je na Islandu poblíž Reykjavíku. Z nasátého vzduchu filtrací získává CO2 a následuje jeho již popsané zkapalnění.

Tento proces je energeticky velmi náročný, protože běžný vzduch obsahuje CO2 jen ve velmi nízké koncentraci, přibližně 0,04 procenta. Ve vzduchu je dominantní dusík (N2) s více než 78 procenty, kyslíku (O2) je necelých 21 procent, téměř procento zaujímá argon (Ar) a ve stopovém množství se přidružují vodík, voda, krypton, helium a neon.

CO2 vzniká při spalování ropy, plynu nebo uhlí, vytváří se při tlení organických látek, zrání ovoce a zeleniny a vydechujeme ho i my lidé a další živí tvorové. Člověk o hmotnosti 70 kilogramů vyprodukuje za rok asi 240 kg CO2 čili kolem 0,7 kg denně. Pro porovnání, spálením 1 kg methanu (zemní plyn), což jsou přibližně 2 kubíky, vznikne 2,74 kg CO2 a spálením 1 kg koksu dokonce 3,66 kg CO2.

Ukládání CO2

Zkapalněný CO2 určený k uložení se vstřikuje pod zem. K jeho ukládání slouží porézní horniny překryté nepropustnou vrstvou materiálu, typicky například vytěžená ložiska ropy, zemního plynu nebo tzv. solné dómy. V závěrečné fázi je aktuálně norský projekt Longship na ostrově Blomøyna, kde se dokončuje přijímací terminál mezinárodní infrastruktury pro zkapalněný CO2 z továrních emisí, který se zde bude skladovat ve 12 nádržích s jednotkových objemem 8 tisíc kubíků, odkud se bude přečerpávat potrubím do zásobníků pod dnem Severního moře. Po světe by v následujících letech mělo být postupně vybudováno kolem 30 podobných zařízení.

Experimentuje se rovněž s ukládáním CO2 zachyceného ze vzduchu rovnou do mořské vody. Obohacením dosud používaných aminových rozpouštědel o měď se podařilo až trojnásobně zvýšit schopnost absorpčního materiálu pojímat CO2. Materiály pro výrobu sorbentu jsou dostupné a levné, přidáním mořské vody je možné transformovat zachycený CO2 na hydrogenuhličitan sodný čili jedlou sodu. A tu lze údajně ukládat přímo do oceánu, kde navíc jako zásaditá látka bude působit proti nežádoucímu okyselování vody, k němuž vlivem znečištění dlouhodobě dochází.