Zachycování a ukládání uhlíku, jak to funguje?

Rozvoj obnovitelných energií a energetická účinnost jsou dva základní pilíře úsilí o zmírnění změny klimatu.

Ale s ohledem na rozsah snížení emisí, kterých má být dosaženo, odborníci Mezinárodní energetické agentury(AUJ) a IPCC zvážit, že používání technologií zachycování, ukládání a obnovy CO₂ je zásadní pro dosažení cíle uhlíkové neutrality.

Proces zachycení DMX CO₂, výsledek desetiletí výzkumu v laboratořích IFP Énergies nouvelles, je nyní demonstrován na místě Arcelor Mittal v Dunkerque, ocelářském gigantu, který emituje více než 11 milionů tun CO₂ každý rok.

CO₂ zachycené mohly být převezeny a následně uloženy v Severním moři, například na místě norského projektu Severní polární záře, který také loni v srpnu podepsal svou první obchodní smlouvu pro přepravu a skladování CO₂, tentokrát zachycené na továrně na výrobu čpavku a hnojiv v Nizozemsku.

Cílem je zachycovat, ukládat nebo obnovovat oxid uhličitý (známější pod zkratkami CCS nebo CCU pro zachycování a ukládání uhlíku ou zachycování a využití uhlíku) má pomoci dekarbonizovat průmysl: je to soubor technologií pro zachycování a ukládání a/nebo používání CO₂ než aby ho nechal uniknout do atmosféry. Těžký průmysl je ve skutečnosti zdrojem téměř 20 % celosvětových emisí COXNUMX.₂ dnes. Ve Francii stanoví Národní nízkouhlíková strategie (SNBC) a snížení průmyslových emisí o 80 % do roku 2050 ve srovnání s rokem 2015.

Ve scénáři „udržitelného rozvoje“ IEA jsou tyto technologie zachycení by přispělo 15 % ke kumulativnímu snížení emisí CO₂ v roce 2070.

Jak ? Oddělením CO₂ průmyslové výpary, ukládat jej do hlubokých podzemních geologických útvarů a izolovat tak od atmosféry, nebo využít jako zdroj například při výrobě biopaliv či hnojiv.

V současné době je po celém světě v provozu asi třicet velkých zařízení na dekarbonizaci výroby elektřiny (uhelné elektrárny, plynové elektrárny) a průmyslu (ocel, cement, chemikálie) a 35 až 40 milionů tun každoročně zachyceny a uloženyve srovnání s 34 miliardami tun CO₂ které byly vydány v roce 2020. Odhaduje se, že by to trvalo do roku 50 zachytit a uložit 100 nebo dokonce 2035krát více ke splnění cílů uhlíkové neutrality – což vyžaduje zavedení CCUS ve velkém měřítku, v Evropě i na celém světě. Vzhledem k současné vyspělosti technologií je to možné do roku 2030.

První krok v řetězci: zachycení

Technologie zachycování jsou v provozu po desetiletí, zejména pro určité aplikace, jako jsou tepelné elektrárny, ale stále jsou drahé. Z nové, energeticky méně náročné a efektivnější procesy jsou tak testovány v rámci prvních demonstrací, jako je ten Dunkerque. Dnes je to také otázka integrace těchto procesů do vyhrazeného sektoru.

Existují tři hlavní skupiny procesů. První, „post-spalovací“ záchyt, spočívá v extrakci CO₂ průmyslové výpary ze spalování fosilních zdrojů (dřevo, zemní plyn, ropa a uhlí) za použití rozpouštědla, které má afinita pro molekuly CO₂. Tato technologie, umístěná za průmyslovými procesy, může být implementována na již existujících instalacích a aplikována na zpracování výparů z různých průmyslových odvětví. Pokud míra zachycování přesahuje 90 % emitovaného CO₂, je však doprovázena vysokou „energetickou penalizací“ požadovanou při separaci CO₂ rozpouštědla, což vede k vysokým nákladům na implementaci, tj. mezi 10 a 100 EUR na tunu CO₂ se vyhnul (a tedy nevydal).

Druhá skupina, nazývaná „spalování kyslíkem“, sestává z provádění spalování v přítomnosti (téměř) čistého kyslíku, spíše než ve vzduchu. Takto produkovaný spalovací plyn sestává téměř výhradně z vodní páry a CO₂. Pak je mnohem jednodušší extrahovat CO₂ než když se zředí dusíkem ze vzduchu. Tato technologie tak představuje nižší energetickou penalizaci, ale vyžaduje dodatečné vybavení spalovací komory. Předpokládá se proto pro určité aplikace, jako jsou cementárny, a pro nové jednotky na přeměnu biomasy a fosilních paliv.

Konečně třetí rodina, nazývaná „předspalování“, sestává z extrakce CO₂ před spalováním přeměnou počátečního paliva na „syngas“: to zahrnuje zplyňování paliva, aby se získala směs CO + H₂0, pak provést chemickou transformaci za získání směsi CO₂ + H₂ a nakonec extrahovat CO₂ rozpouštědlem. Implementace tohoto procesu musí být integrována již v době výstavby průmyslové jednotky.

Tento proces zachycuje CO₂ na úrovni průmyslových zařízení, ale také odstranit CO₂ přítomný v atmosféře jako v lokalitě Orca na Islandu (který by měl zachytit asi 4000 tun ročně).

Jak CO₂ přepravovat a skladovat?

Dále v řetězci, CO₂ se dopravuje stejným způsobem jako zemní plyn, plynovodem, vlakem nebo lodí, v závislosti na množství CO₂ na dopravu a vzdálenost. Dopravní a skladovací infrastruktury proto nepředstavují žádný zvláštní technický problém, ale musí být zajistit a zajistit jejich údržbu, jak to vyžaduje jakékoli průmyslové zařízení.

Poté CO₂ zachycená je uložena ve starých uhlovodíkových ložiscích nebo porézních horninách (hluboké slané akvifery). CO₂ se vstřikuje v husté formě v hloubce nejméně 800 metrů. Poté je uvězněn chemické a geologické mechanismy : rozpuštění ve slané vodě (slané vodě) přítomné v horninách, znehybnění v pórech hornin, případně mineralizace.

Podzemní skladovací kapacity v Evropě jsou zhruba odhadnuto na 300 miliard tun, což je ekvivalent 100 let globálních emisí v roce 2019, ale stále potřebujeme potvrdit tyto kapacity a integritu stránek takže provozní projekty ukládání CO₂, jako to Severní polární záře, může se objevit.

Úložiště podléhají přísnému výběru, aby byla zaručena udržitelnost a bezpečnost skladování v dlouhodobém horizontu (migrace CO₂ mimo úložiště). Skladovací operace jsou doprovázeny a monitorovací protokol která mimo jiné zahrnuje geofyzikální sledování chování CO₂ v podloží, měření plynů a odběr vzorků v hloubce v podloží i na povrchu, sledování mikroseismických jevů atd.

Jaké ekonomické modely pro nasazení těchto technologií?

Přínos zavedení těchto sektorů je v podstatě spojen se snížením emisí CO₂, kterým například trhy s uhlíkem (systémy emisních kvót) dávají ekonomickou hodnotu: zachycování, přeprava a skladování nebo obnova nejsou technologiemi navzájem nezávislé, ale jsou součástí stejného hodnotového řetězce.

Z tohoto důvodu musí být rozmístění odvětví koordinováno v čase a na dobrovolném území prostřednictvím investic do sdílených operačních projektů v měřítku Francie a Evropy. Rozmístění „CO hubů₂ – sítě sbírající CO₂ vydávané různými průmyslovými odvětvími a sdružující dopravní a skladovací infrastrukturu – je třeba předvídat. To je případ například Hauts-de-France a Normandie, které pracují na vývoji centra pro zachycování a přepravu CO₂ a projekt Severní polární záře která pracuje na komerčním projektu přepravy a skladování CO₂.

Vyvinuto v rámci evropských výzkumných projektů jako např Strategie CCUS na základě technických faktorů (objemy CO₂ dotčené zeměpisné oblasti, možná použití CO₂ v blízkosti míst zachycování, možných úložišť) a životního prostředí (prostřednictvím metodologií analýzy životního cyklu), scénáře také zohledňují ekonomické a sociální faktory, jako je vytváření pracovních míst a zájmy místních komunit, které je třeba co nejdříve zapojit do stavba projektu.

Výzvou dneška je vytvořit podmínky, které umožní zavádění sektoru CCUS ve velkém měřítku od roku 2030. Pokud existují technologie, jsou nezbytné mechanismy finanční podpory a regulační rámec pro urychlení implementace sektoru. Podle současných odhadů je cena uhlíkové kvóty emise jsou stále nižší než náklady, které by výrobci museli vynaložit na investice do těchto zařízení, tj. mezi 50 a 180 EUR na tunu CO₂ vyhýbat se.

Florence Delprat-Jannaud, manažer programu zachycování a ukládání CO2, IFP Nové energie

Tento článek je publikován z Konverzace pod licencí Creative Commons. Čístpůvodní článek.