Technologia podziemnego składowania dwutlenku węgla może uchronić Polskę przed grożącymi za dwie dekady karami z Unii Europejskiej za nadmierną emisję tego gazu. Na czym polegają technologie wychwytywania, transportu i składowania CO₂ – wyjaśnia PAP dr Adam Wójcicki, ekspert z Państwowego Instytutu Geologicznego.

Unijny pakiet energetyczno-klimatyczny, który został wynegocjowany w 2008 r. ma wejść w życie od 2013 r. Zakłada on do 2020 r. 20 proc. redukcję emisji gazów cieplarnianych, o 20 proc. zwiększenie efektywności wykorzystania energii oraz zwiększenie wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych – do 20 proc. Firmy część uprawnień do emisji dostaną darmo, część będą musiały kupić na aukcjach. Polska początkowo będzie mogła liczyć na pewne ulgi. Jednak w 2027 ma zostać osiągnięta całkowita likwidacja przydziałów bezpłatnych uprawnień do emisji.

W związku z tym polskim firmom grożą poważne kary za nadmierną emisję dwutlenku węgla. Technologią przejściową, która ochronić może producentów i elektrownie przed emitowaniem nadprogramowego dwutlenku węgla do atmosfery jest CCS (Carbon Capture and Storage).

CCS, czyli sekwestracja CO₂ to technologie wychwytywania, transportu i podziemnego (czyli geologicznego) składowania dwutlenku węgla. W praktyce oznacza to, że produkowany (np. w elektrowniach czy innych zakładach produkcyjnych) dwutlenek węgla będzie wychwytywany, skraplany i wtłaczany pod ziemię, do pokładów, z których nie będzie mógł uciec przez setki czy miliony lat.

– Polska gospodarka oparta jest na spalaniu węgla. A węgiel to technologia +brudna+: żeby uzyskać 1 kWh energii, trzeba tego węgla spalić więcej niż ropy czy gazu – mówi w rozmowie z PAP dr Adam Wójcicki z Państwowego Instytutu Geologicznego - Państwowego Instytutu Badawczego (PGI). – Jeżeli nie będziemy w dalszej perspektywie stosować CCS czy jakichś czystych technologii węglowych, to nasze zakłady już po 2019 r. będą musiały płacić takie kary, że nie będą konkurencyjne w stosunku do rynku ogólnounijnego. Energię będziemy musieli kupować od Niemców czy Francuzów, bo nasza energia będzie zbyt droga.

Zdaniem geologa – który jest koordynatorem projektu "Rozpoznanie formacji i struktur do bezpiecznego geologicznego składowania CO₂ wraz z ich programem monitorowania" – na razie wpływ CCS na naszą gospodarkę nie będzie istotny, ale w perspektywie 10-20 lat polityka UE i polityka ochrony środowiska będzie zmierzać do redukcji emisji dwutlenku węgla. W ramach polityki klimatycznej Unii Europejskiej poszczególne kraje zobowiązały się do znaczących redukcji emisji dwutlenku węgla w instalacjach przemysłowych. – Teraz mówimy o obniżeniu emisji CO₂ o co najmniej 20 proc. poniżej poziomu z roku 1990 do roku 2020, a później jeszcze więcej – przypomina naukowiec.

Na czym polega sekwestracja CO₂?

Jak wyjaśnia Adam Wójcicki, skała na głębokości setek albo tysięcy metrów może posiadać puste przestrzenie – pory. Jeśli są one wystarczająco szczelne, można do nich zatłoczyć dwutlenek węgla. Jest to możliwe m.in. w nieeksploatowanych pokładach węgla, w złożach ropy naftowej i gazu ziemnego czy w głęboko zalegających wodach solankowych.

Dr Wójcicki mówi, że technologia sekwestracji CO₂ wyrosła z przemysłu naftowego, z przedsięwzięć związanych z wydobyciem węglowodorów. CCS od wielu lat używane jest przy wspomaganiu wydobycia ropy, zwiększa efektywność wykorzystania złoża: w miejsce wydobytej ropy i gazu ziemnego pod ziemię wprowadza się dwutlenek węgla.

CCS jest też stosowane np. przy wspomaganiu wydobycia metanu ze złóż węgla kamiennego. – To jest czysty gaz ziemny, ale bardzo trudno go wydobyć – zaznacza dr Wójcicki i dodaje, że w Polsce projekt wspomagania wydobycia metanu technologią CCS prowadzony był już na małą skalę w pokładach węgla w Kaniowie na Śląsku. Geolog podkreśla jednak, że trzeba dokonać wyboru, czy chce się wydobywać węgiel czy zatłaczać CO₂. CCS stosowany jest więc jedynie w nieeksploatowanych z złożach, np. takich, które leżą tak głęboko, że nie opłaca się tam budować kopalni.

Geolog dodaje, że ze złóż węglowodorowych dwutlenek uciec nie może.

– Złoże węglowodorów jest z definicji pułapką. Teoria biogeniczna mówi, że węglowodory utworzyły się ze szczątków zwierząt i roślin. Kiedy węglowodory trafią w takie ukształtowanie warstw geologicznych, które uniemożliwi im dalszą ucieczkę, to zostają już tam przez miliony, dziesiątki milionów lat i dlatego możemy je eksploatować. Jeżeli ta pułapka związała węglowodory i uniemożliwiła ich ucieczkę, to tak samo nie pozwoli na ucieczkę dwutlenku węgla – opisuje. Przekonuje, że jeśli ze złoża nie uciekał gaz ziemny, to nie powinien się też ulatniać dwutlenek węgla, który jest gazem znacznie mniej ruchliwym.

– Jednak złóż węglowodorów mamy w Polsce całkiem sporo, ale nie są to zbyt duże złoża – komentuje geolog. Największy w Polsce projekt CCS ma mieć miejsce w Bełchatowie – tam potencjalnie można będzie zatłoczyć pod ziemię ok. 1,8 mln ton dwutlenku węgla.

W związku z coraz większym naciskiem na ograniczenie emisji CO₂ odkryto, że może on być również zatłaczany do innych pokładów geologicznych, np. do pokładów wód solankowych, które są znacznie powszechniejsze niż złoża węglowodorów.

– Wody solankowe występują praktycznie wszędzie, ale z uwagi na to, że nie miały istotnej wartości, nie zostały one na tyle dobrze rozpoznane, co złoża węglowodorów. Trudniejsze jest więc potwierdzenie, czy składowanie tam CO₂ będzie bezpieczne, że nie ma żadnych zagrożeń dla wód gruntowych i dla wycieków dwutlenku węgla na powierzchnię – ocenia ekspert.

– Podstawowym elementem eliminacji tego dwutlenku węgla jest rozpuszczenie go w solance – mówi badacz. Geolog tłumaczy, że dwutlenek węgla do solanek nie będzie wtłaczany jako gaz, tylko w fazie zbliżonej do ciekłej, nadkrytycznej. Substancja utworzy plamę, jezioro na powierzchni solanki. Stopniowo będzie się w wodzie rozpuszczać i reagować z minerałami skał. Proces ten może trwać setki, a nawet tysiące lat.

Dr Wójcicki wyjaśnia, że przy geologicznym składowaniu CO₂ rozpatrywane są solanki, nad którymi znajdują się co najmniej 2 nieprzepuszczalne warstwy geologiczne, oddzielone np. wodą o mniejszym zasoleniu. Jeśli ponad solanką znajduje się woda słodka, gruntowa, trzeba ją chronić. – To jest cenny zasób. Musimy podać uzasadnienie, dlaczego nie ma zagrożenia dla wody słodkiej przy wykorzystaniu głębokich pokładów – wyjaśnia dr Wójcicki.

W czasie składowania CO₂ prowadzony jest monitoring – specjaliści badają, co się dzieje w składowisku w warstwie solankowej, w warstwach wyższych w wodzie pitnej i na powierzchni.

Naukowiec z PIG wyjaśnia, że pod ziemię zatłaczany jest dwutlenek węgla niemal bez innych zanieczyszczeń. W przypadku instalacji energetycznych dodatki inne niż CO₂ stanowić mogą od 0,1 do 0,4 proc. tego, co pod ziemię zatłoczono. Geolog uspokaja, że nawet jeśli dwutlenek węgla dostanie się do wód gruntowych to zakwasi je tak, że staną się one jak woda gazowana czy szczawy.

Co do wód solankowych, największe możliwości zatłaczania są od centrum do północno-zachodniej części Polski, gdzie przebiega bruzda duńsko-polska.

Jak oddzielić CO₂ od innych substancji i przetransportować go do podziemnego składowiska?

W fabrykach czy elektrowniach dwutlenek węgla musi być starannie oddzielony od innych substancji. Np. w technologii aminowej gazy spalinowe przepuszczane są przez roztwór, w którym pewne substancje zostają związane, inne się uwalniają i dzięki temu można oddzielić CO₂. Dwutlenek węgla można też od razu uzyskiwać ze spalania w czystym tlenie. Wtedy obok CO₂ powstaje mniejsza ilość innych substancji. Istnieją też metody gazyfikacji, gdzie przy spalaniu węglowodorów wykorzystuje się gaz syntezowy.

CO₂ z fabryk i elektrowni można transportować w miejsca zatłaczania ich pod ziemię w postaci ciekłej (bo wtedy zajmuje mniej miejsca) np. rurociągiem, statkiem, czy cysterną, tak jak gaz ziemny. Jednak, jak podkreśla rozmówca PAP, wyciek dwutlenku węgla nie byłby tak niebezpieczny jak gazu ziemnego – w jego przypadku nie może dojść do eksplozji.

Na świecie prowadzonych jest 77 dużych projektów związanych z CCS (w tym 13 działających od lat lub w fazie uruchomienia, 26 w budowie - w tym np. Bełchatów, a reszta na etapie prac studialnych – informacje wg Global CCS Institute). Część instalacji europejskich związanych z sekwestracją dwutlenku węgla, w tym również projekt w Bełchatowie, powinna być gotowa do 2015 r


źródło: PAP – Nauka w Polsce
naukawpolsce.pap.pl