Firmy Climeworks oraz Carbfix uruchomiły na Islandii największy na świecie zakład pochłaniający dwutlenek węgla zwany Orca. To osiem dużych skrzyń, przypominających kontenery przewożone statkami i ciężarówkami.

Dwutlenek węgla z atmosfery zamienia się w minerały pod ziemią

W każdym module pracują wentylatory zasysające powietrze, które podlega filtracji. Gdy materiały filtrujące zostaną nasycone CO2, następuje zamknięcie skrzyń, a temperatura w ich wnętrzu wzrasta do maksymalnie 100 stopni C. Pozwala to uwolnić CO2, który następnie jest mieszany z wodą i wtłaczany głęboko pod ziemię. Tam w ciągu kilku lat następuje jego zamiana w minerały. Proces zasilany jest energią geotermalną.

Orca każdego roku będzie oczyszczać ziemską atmosferę z 4 tys. ton dwutlenku węgla, co pomoże schłodzić Ziemię. To jednak kropla w morzu potrzeb. Roczne emisje w samej Polsce przekraczają 300 mln ton. W przeliczeniu na jednego mieszkańca wynoszą one około 8 ton. W przypadku USA to już około 16 ton. Uproszczony rachunek pokazuje, że w ciągu roku islandzka instalacja pochłonie dwutlenek węgla wyemitowany przez 250 mieszkańców Stanów Zjednoczonych.

Skala przedsięwzięcia ma oczywiście rosnąć, jego pomysłodawcy chcą, by ich technologia pomagała usuwać 500 tys. ton CO2 rocznie na koniec tej dekady. Wcześniej planowali usuwać nawet 300 mln ton rocznie już w 2025 roku. Wciąż byłby to jednak zaledwie jeden procent globalnych emisji. Do procesów wychwytywania dwutlenku węgla o takiej skali potrzebna jest ogromna liczba wentylatorów. Tymczasem koszt instalacji Orca jest szacowany nawet na 15 mln dolarów.

Koszty technologii mogą spadać wraz z jej rozwojem i upowszechnieniem. Poważną rolę odegrają też zapewne rosnące ceny praw do emisji CO2. Może się okazać, że firmom taniej będzie podpisać umowę na pochłanianie emitowanego przez nie dwutlenku węgla niż płacić za to kary.

Wyzwaniem może być uruchamianie podobnych instalacji w innych krajach – choćby za sprawą warunków geologicznych. Aby proces był „zielony”, musi być zasilany z odnawialnych źródeł. Jednak Edda Aradottir, szef firmy CarbFix, zapewnia, że to nie problem: - Sama Islandia może zmagazynować ponad 100 razy więcej dwutlenku węgla niż potrzeba do globalnego wypełnienia Porozumień paryskich.

ExxonMobil potrzebuje miliardów na usuwanie CO2 z atmosfery

Jednak tego typu przedsięwzięcia nadal są bardzo kosztowne. Koncern paliwowy ExxonMobil ogłosił plan budowy instalacji pochłaniającej dwutlenek węgla w Houston. To wielki ośrodek przemysłu petrochemicznego ulokowany nad Zatoką Meksykańską, w której wydobywa się m.in. ropę naftową. Puste podziemne przestrzenie po ropie mogą służyć za naturalne magazyny CO2.

Najnowszy pomysł na składowanie dwutlenku węgla powstał dzięki współpracy ExxonMobil z naukowcami z University of Texas w Austin. Polega on na wykorzystaniu tzw. klatratów. To swego rodzaju klatki z lodu uformowane wokół cząsteczek CO2. Można w nich zmagazynować bardzo dużo tego gazu. Badacze z University of Texas znaleźli sposób, by wytwarzać klatraty aż 3000 razy szybciej niż do tej pory.

W takiej formie CO2 można składować pod ziemią przez niemal nieograniczony czas. – Nie wystarczy nam neutralność węglowa. Musimy aktywnie usuwać dwutlenek węgla z atmosfery, żeby zapobiec najgorszym scenariuszom katastrofy klimatycznej – podkreśla szef zespołu badawczego dr Vaibhav Bahadur.

Firma przewiduje, że projekt wymagać będzie zainwestowania ponad 100 mld dolarów, co pozwoliłoby do 2030 roku magazynować 50 mln ton CO2 rocznie. Wynik mógłby ulec podwojeniu do końca kolejnej dekady. Koncern opublikował prognozy wskazujące, że do 2040 roku rynek sekwestracji dwutlenku węgla, czyli jego pochłaniania i składowania (ang. carbon capture and storage, CCS) osiągnie wartość dwóch bilionów dolarów. To jednak za mało, by rozwiązać problem z nadmiarem dwutlenku węgla w atmosferze.

Metan z dwutlenku węgla paliwem przyszłości?

Alternatywą dla technologii CCS jest recykling CO2 (ang. carbon capture and utilization, CCU). W tym scenariuszu dwutlenek węgla zamienia się nie w skałę, ale np. w tworzywo sztuczne albo paliwo. Dzięki temu cały proces ma być bardziej uzasadniony ekologicznie i ekonomicznie.

Wynikami swoich prac w tym zakresie podzielili się niedawno naukowcy z Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) – jednostki zarządzanej przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych. Opracowali oni nową, wydajniejszą metodę produkcji metanu (CH4) przy wykorzystaniu CO2. Sam proces konwersji dwutlenku węgla w metan nie jest czymś nowym. Jednakże rozwiązania znane do tej pory wymagały użycia m.in. wysokiej temperatury, co sprawiało, że technologia nie była stosowana komercyjnie. Uczeni z PNNL chcą to zmienić.

Ich technologia zakłada, że dwutlenek węgla pozyskiwany jest w zakładach przemysłowych. Wykorzystywane dzisiaj instalacje do wychwytywania CO2 stosują proces oczyszczania na mokro za pomocą rozpuszczalników. Zespół PNNL opracował nowy rozpuszczalnik – EEMPA, który do efektywnego działania potrzebuje mniej wody. Dzięki temu w kolejnych etapach do konwersji CO2 w metan wykorzystuje się nawet 17 proc. mniej energii. Twórcy przekonują, że ich metoda w sumie zmniejsza koszty o 19 proc.

Metan jest silnym gazem cieplarnianym i coraz częściej pojawiają się postulaty ograniczenia jego emisji. Stanowi on jednak także główny składnik gazu ziemnego, a ten uznawany jest za paliwo przejściowe w transformacji energetycznej. W najbliższych dekadach trudno będzie zrezygnować z gazu, popyt na ten surowiec wciąż rośnie, co w bardzo zauważalny sposób przekłada się na wzrost cen. Im wyższe one będą w przypadku gazu wydobywanego, tym bardziej może się opłacać jego synteza z dwutlenku węgla.

– Metan wytwarzany przy użyciu wychwyconego CO2 oraz wodoru uzyskanego dzięki z energii ze źródeł odnawialnych może być atrakcyjną alternatywą dla konsumentów poszukujących paliwa z niższym śladem węglowym – uważa dr Jothi Kothandaraman z PNNL.

Źródła: Bloomberg, ACS Sustainable Chem. Eng., ChemSusChem.