Nacpeme uhlík znovu pod zem a zachráníme lidstvo?

Technologie Carbon Capture & Storage má lidstvu umožnit vyrábět energii z fosilních zdrojů a zároveň snížit emise CO2 téměř na nulu. Opravdu to nemá žádnou chybu?

Je to vlastně velmi jednoduché. Zachytíme vznikající CO₂ ze spalování fosilních paliv v elektrárnách a potom tento plyn uložíme v podzemních úložištích. Pro bojovníky proti klimatické změně potažmo emisím skleníkových plynů naprosto pohádková technologie. Ostatně už si ji dávno všimli. Ve svém minulém článku jsem psal o studii Světového fondu na ochranu přírody (WWF), v které je na těchto technologiích postavena budoucí světová elektroenergetika.  Pojďme se tedy trochu blíže podívat na ten technologický zázrak, který zachrání naši planetu před klimatickou změnou. Technologie Carbon Capture & Storage (zachycování a ukládání uhlíku)Jedním z nejpropracovanějších projektů technologie CCS na světě v současné době disponuje německý energetický koncern Vattenfall. Technici spustili v dubnu 2007 testovací jednotku o výkonu 0,5 MWt a nedávno (konkrétně 9. září 2008) za účasti politických elit uvedli jako první na světě do provozu pilotní CCS elektrárnu Schwarze Pumpe (Lausitz) o výkonu 30 MWt. 

Pilotní CCS elektrárna Schwarze Pumpe (Lausitz, NSR)
Zdroj: Vattenfall Europe AG 

Jaké technologie separace CO2 jsou vlastně k dispozici?V principu lze využít několik základních technologií, jak se zbavit nežádoucího CO2: 1) spalování paliva se vzduchem a následná separace CO₂ ze spalin (tzv. post combustion capture), 2) spalování paliva s čistým kyslíkem a následná separace CO₂ ze spalin (tzv. Oxy-Fuel technology), 3) zplynování paliva před spálením, konverze CO z plynu na CO₂, separace CO₂ a vodíku a následné spalování čistého vodíku (pre combustion capture, IGCC - Integrated Gasification Combined Cycle).  Technicky nejpropracovanější technologií je varianta č. 3. Ovšem technologie zplyňování paliva je prakticky neslučitelná s technologií již vybudovaných fosilních elektráren. Z tohoto důvodu bylo rozhodnuto o prověření technické varianty č. 2 (Oxy-Fuel).  Jak to celé funguje?Leccos nám napoví následující zobrazení základních technologických objektů CCS (Oxy-Fuel) elektrárny:

Pilotní CCS elektrárna Schwarze Pumpe (základní technologické objekty)
Zdroj: Vattenfall Europe AG 
Legenda (shora dolů, zleva doprava):

CO2	2

Přesnější technickou představu si můžeme udělat z ideového technologického schématu elektrárny:

Pilotní CCS elektrárna Schwarze Pumpe (ideové technologické schéma)
Zdroj: Vattenfall Europe AG 
Legenda (řazeno abecedně):

	palivo
CO2	2
Dampfturbine
Elektrizität	elektřina
Entschwefelung
Entstaubung
Flugasche
Gips
Kessel	kotel
Kesselasche
Kondensator
Kühlwasser
Luft	vzduch
Luftzerlegung
2	2
Sauerstoff	kyslík
Stickstoff	dusík
Wasser	voda

Jak je zřejmé z obrázku, vzduch přiváděný do kotle prochází nejdříve separační jednotkou, v které je odeseparován kyslík, přičemž dusík a ostatní plyny jsou odváděny mimo systém spalování. Tímto způsobem docílíme nižších množství zpracovávaného plynu a vyhneme se následným potížím s oxidy dusíku (NO_x), které samy o sobě přinášejí značné komplikace z hlediska ochrany ovzduší a rovněž docílíme zvýšení výsledné koncentrace CO₂ ve spalinách. Takže v případě Oxyfuel technologie není práškové uhlí v kotli spalováno v normálním vzduchu, nýbrž ve směsi čistého kyslíku a recyklovaných spalin. Zhruba 75% CO₂ vznikajícího při hoření je takto vraceno zpět do kotle. Spaliny jsou následně zpracovávány obdobným způsobem jako v současných moderních uhelných elektrárnách, tj. prochází odlučovačem popílku, odsiřovací jednotkou a dalšími čistícími jednotkami. Po odsíření máme k dispozici plyn s velmi vysokou koncentrací CO₂ (až 98%) a obsahem vodní páry. Plyn následně vstupuje do chladiče, kde dochází ke kondenzaci vody. Na konci tohoto technologického řetězce tedy máme téměř čistý CO₂, který je následně transportován kompresorem do zpracovací jednotky, kde je buď zkapalněn a přečerpáván do transportních vozidel nebo stlačen na požadovaný transportní tlak a potrubím dopraven na konečné úložiště. Kde se má CO₂ ukládat? Zpracovaný CO₂ je možné ukládat ve vhodných geologických formacích pod zemským povrchem nebo v hlubinách oceánu. Pro ukládání CO₂ jsou potenciálně vhodné následující geologické formace:   1) tzv. „červená jalovina“ v hloubce cca 3500 m pod zemským povrchem 2) podzemní vodní jezera (tzv. aquifery) 3) vytěžená ložiska ropy a zemního plynu 4) produkční ložiska ropy a zemního plynu (injektáž tlakového CO₂ má zároveň umožnit lepší dotěžení ropy a zemního plynu)

Některé z možností ukládání CO₂
Zdroj: Vattenfall Europe AG 

Má to celé nějakou chybu?
Bohužel ano, a to hned několik a poměrně zásadních.  

1) Energetická bilance
Jak si již pozorní čtenáři zajisté všimli ve zjednodušeném technologickém schématu, u separační jednotky a kompresoru na CO₂ jsou zobrazeny šipky s označením přívodu el. energie. Rovněž další technologická zařízení v systému separace, zpracování a transportu CO₂ vyžadují přívod energie. Celkově to znamená výrazné zvýšení vlastní spotřeby, což ve svém důsledku znamená snížení čisté účinnosti elektrárny přibližně o 6-14% a navýšení spotřeby paliva o 20-40%.  

2) Uhlíková bilance
Naším primárním a nejušlechtilejším cílem je zmenšit množství emitovaného CO₂. Jak jsem uvedl výše, technologie separace a zpracování CO₂ je energeticky náročná. Nebo-li musím spalovat více fosilního paliva, abych mohl vyrobit elektřinu pro pohon doplňkových technologií na separaci a zpracování CO₂ a zároveň tím tedy produkuji další „dodatečný“ CO₂. Rovněž technologie vlastní přepravy a ukládání CO₂ vyžaduje určité množství energie a fosilních paliv (přeprava potrubím, automobily, loděmi apod.). Výsledná uhlíková bilance musí zůstat záporná, a to, pokud možno, co nejvýrazněji. Tzn., že množství zachyceného a uloženého CO₂ (mínus) musí být větší než navýšení emisí způsobené spotřebou energie a fosilních paliv na technologie zachycování, transportu a ukládání CO₂ (plus). Pokud bych chtěl např. loděmi přepravovat zachycený CO₂ ve formě zkapalněného plynu z německých elektráren do ropných ložisek na Blízkém východě, mohu mít s uhlíkovou bilancí problém. Podotýkám, že toto je teoretický příklad pouze pro ilustraci problému. 

3) Kapacita a budoucí využití potenciálních úložišť
V současné době je odhadována na zhruba 70-násobek celosvětové roční produkce CO₂. Rovněž je nutno připomenout, že po injektáži CO₂ je (bývalé) ložisko čehokoliv navždy zapovězeno pro budoucí těžbu modernější technologií popř. jakékoliv jiné využití. Bude to natlakovaná plynová láhev čekající na vhodné podmínky k vypuštění plynu. 

4) Bezpečnostní rizika
Geologické formace samozřejmě nejsou certifikované tlakové nádrže. Lze předpokládat, že CO₂ bude v určité míře unikat podél geologických zlomů. Takže je pouze otázkou času (možná i tisíciletí), kdy uskladněný plyn postupně unikne. 

Ukládaný CO₂ má být skladován pod vysokým tlakem. Zvýšení tlaku v úložišti může způsobit mikrozemětřesení s rizikem narušení nadložních vrstev a náhlého a nepředvídatelného masového úniku CO₂.  

Problém je v tom, že CO₂ přestává být ve vyšších koncentracích neškodným sodovkovým plynem a zabíjí. Uvádí se, že objemová koncentrace CO₂ okolo 8% zabíjí člověka do 30-60 minut.  

Nechci čtenáře na konci roku přespříliš strašit, ale k podobné katastrofě již došlo 21. srpna 1986 u jezera Nyos v severozápadním Kamerunu. Předpokládaný únik CO₂ při jezerní zemětřesné erupci byl vyčíslen na 1,6 milionu tun. Podle dostupných zdrojů bylo v okolí 20 km okolo jezera udušeno údajně až 1700 lidí a 3500 hospodářských zvířat. 

Je zcela absurdní, že technologie CCS prosazují lidé, kteří velmi rádi a velmi často hovoří o potenciálních a až zcela hypotetických bezpečnostních rizicích hlubinných úložišť jaderného odpadu, ale velmi reálná bezpečnostní rizika úložišť stovek milionů kubíků CO₂ je nechávají zcela v klidu. Ochranu životního prostředí si osobně představuji poněkud jinak. 

Závěr
Technologie CCS jsou teprve v plenkách. Doposud nejsou veřejně k dispozici ani data z pilotní elektrárny Schwarze Pumpe v Lausitz. V roce 2012-2015 má být uvedena do provozu demonstrační elektrárna o výkonu 300-500 MWe, což bude první zlomový bod, kdy se naplno projeví veškeré výhody/nevýhody technologie CCS. V současné době jsem opravdu na pochybách, zda technologie CCS mají vůbec nějaký smysl z hlediska výsledné energetické a uhlíkové bilance. A bezpečnostní rizika trvalých úložišť CO₂ jsou zcela nepochybně nesrovnatelně vyšší než u trvalých úložišť jaderného odpadu. Dočkejme tedy času. 

Závěrem všem svým čtenářům děkuji za téměř 34 000 přístupů na můj blog za necelých sedm měsíců v roce 2008 a loučím se s přáním všeho nejlepšího do roku 2009. 

Petr Nejedlý