CO2 – wróg czy przyjaciel? O technologii wychwytu dwutlenku węgla [KOMENTARZ]

Dwutlenek węgla należy do tych związków chemicznych, które znane są nie tylko pasjonatom chemii czy biologii. Już od dłuższego czasu naukowcy, aktywiści, dziennikarze oraz „zwykli” obywatele odmieniają go przez wszystkie przypadki. I raczej nie darzą szczególną sympatią. Na ogół, bo zdarzają się wśród nas także ludzie rozsądni, stawiany jest wyłącznie w roli głównego, klimatycznego, złoczyńcy. I to oczywiście prawda, o czym za chwilę - tyle tylko, że nie cała. CO₂ pełni także szereg pozytywnych, przydatnych funkcji - tak w naszym ekosystemie, jak i np. w gospodarce. Problemem w tym przypadku jest oczywiście dążenie do przyjmowania (i co gorsza – kolportowania) czarno-białej wizji świata.

Ten fakt skrzętnie i nieporadnie wykorzystują rozmaici klimatyczni negacjoniści. Przykładem, który przychodzi mi tutaj do głowy jako pierwszy (być może ze względu na to, że opisywaliśmy go dla Państwa na łamach E24 w marcu) jest oczywiście poseł Anna Kurowska (dziś Suwerenna, a wcześniej Solidarna Polska), która postanowiła wybrać się na bitwę ze zdrowym rozsądkiem, nauką i chyba jednak uczciwością. Posłanka przekonywała kilka miesięcy temu: „Ale dlaczego tak bardzo chcemy zmniejszyć ilość dwutlenku węgla, jego emisyjność do zera? Czy dwutlenek węgla jest szkodliwy? Nie, drodzy państwo”. Dalsza część wywodu prowadzona była w podobnym tonie. Nie chciałbym tutaj pastwić się nad panią poseł, zwłaszcza, że wygłaszane przez nią androny zdekodował już red. Jakub Wiech. Przytoczyłem fragment jej wypowiedzi, aby zobrazować linię narracyjną, która jest dość powszechna w dyskusjach o CO₂ i w skrócie polega na… zamknięciu jednego oka. Podobnie postępują zresztą zaczadzeni (nomen omen) ideologicznie klimatyści, którzy na samą wzmiankę o dwutlenku węgla zdają się wpadać w jakiś szczególny rodzaj amoku.

Klimatyczny rozbójnik

Protokół z Kioto (uzupełniający Ramową konwencję Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu) wskazuje na sześć podstawowych gazów cieplarnianych, są to: dwutlenek węgla (CO₂), metan (CH₄), podtlenek azotu (N₂O), fluoroweglowodory (HFC), perfluorowęglowodory (PFC) i sześciofluorek siarki (SF₆). Z tego zbioru jako najpoważniejsze wyzwanie dla klimatu (ze względu na m.in. ilość, „żywotność” oraz wpływ) stanowi przywoływany już tutaj wielokrotnie CO₂. I co ciekawe jest tak, pomimo, że ma Global Warming Potential (GWP) wielokrotnie niższy od np. metanu. Jego negatywny wpływ na nasz klimat wynika z kilku czynników.

Wprowadzamy do obiegu więcej CO₂ niż są w stanie pochłonąć naturalne pochłaniacze (jak np. lasy). W efekcie średnia globalna zawartość dwutlenku węgla w atmosferze wyniosła w 2022 aż 417,06 ppm, co oznacza niestety nowy rekord. Ale to nie jest najgorsze – kiedy przyjrzymy się trendom, to dopiero wówczas dociera do nas dramatyzm sytuacji – NOAA wskazuje, że roczne tempo wzrostu zawartości CO₂ w atmosferze (w ostatnich 60 latach) jest ok. 100 razy szybsze niż naturalne wzrosty pod koniec epoki lodowcowej (11-17 tys. lat temu). Już w 2020 r. stężenie CO₂ w atmosferze osiągnęło poziom o 48 proc. wyższy od tego notowanego przed epoką przemysłową (do roku 1750). 

Zbyt duże stężenie CO₂ w atmosferze (a nie jakiekolwiek, jak próbują nam suflować rozmaici demagodzy) prowadzi do szeregu niekorzystnych i niebezpiecznych zjawisk, jak na przykład: zakłócenia wzorców pogodowych, częstsze występowanie gwałtownych zjawisk (huragany, susze, powodzie), topnienie lodowców i podnoszenie się poziomu mórz, czy nawet poziom zakwaszenia oceanów.

Na temat negatywnego wpływu dwutlenku węgla na klimat i życie na ziemi moglibyśmy rozprawiać jeszcze długo, ale właściwie nie o tym miał być ten tekst, więc z kronikarskiego obowiązku pozwolę sobie przejść do drugiej strony przysłowiowego medalu. CO₂ jest nie tylko klimatycznym zbirem, ale również związkiem, bez którego trudno sobie wyobrazić życie na Ziemi. Oddziałuje nie tylko na nasz ekosystem (np. jako niezbędny element procesu fotosyntezy czy wsparcie regulacji temperatury), ale także każdą i każdego z nas (np. poprzez wpływ na metabolizm, natlenienie organizmu, równowagę kwasowo-zasadową, itd.).

Dwutlenek węgla jest także szeroko stosowany w przemyśle – od branży spożywczej (np. napoje gazowane lub w postaci suchego lodu), aż po przemysł naftowy (w celu zwiększenia wydajności ekstrakcji). Wykorzystuje się go także w branży chemicznej (np. do produkcji mocznika czy w syntezie polimerów i tworzyw sztucznych) oraz metalurgicznej. CO₂ powszechnie używa się również w gaśnicach, opiece zdrowotnej oraz nawet w rolnictwie. Kluczem jest tutaj ilość – w dostosowanych do potrzeb wielkościach CO2 może stanowić wsparcie dla całego szeregu aktywności podejmowanych przez człowieka. Ten wniosek prowadzi nas naturalnie do kolejnego, ostatniego i najważniejszego, tematu naszych rozważań-technologii umożliwiających wychwyt i przechowywanie lub neutralizację.

Złapmy go!

Wychwytywanie oraz składowanie (lub ponowne wykorzystanie) dwutlenku węgla to technologie absolutnie kluczowe z perspektywy dążenia do zeroemisyjności – co podkreśla np. Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC). Ale warto mieć na uwadze, że nie chodzi tu tylko o zmniejszenie stężenia CO₂ w atmosferze, lecz także o możliwości w zakresie łagodzenia skutków polityki klimatycznej dla przemysłu. Nie każda działalność, przynajmniej w tej chwili, posiada zdolność do redukcji emisyjności (przy zachowaniu parametrów produkcyjnych) i albo znajdziemy rozwiązanie tego problemu, albo będzie trzeba zamykać zakłady.

Historia technologii CCS zaczyna się na początku XX wieku, wówczas, przyznano pierwszy związany z nią patent. Mimo, że od tego momentu upłynęło już ponad sto lat, to raczej nie można powiedzieć, że był to okres dynamicznego rozwoju. Miał on raczej charakter dość statyczny, a znaczenie tego rozwiązania zaczęło rosnąć wraz ze świadomością, że polityka klimatyczna (i europejska, i światowa), to nie tylko czyste strumyki i wzniosłe idee, ale także bardzo konkretne wyzwania. Prymusami w zakresie rozwijania technologii CCS są takie kraje jak Stany Zjednoczone, Japonia, Chiny, Korea Południowa, Kanada i Australia. To im przypadła w udziale większość (łącznie ok. 60 proc.) patentów. Szacunki ekspertów są różne, ale zakłada się, że CCS stanie się dojrzałą technologią dopiero w latach 30-40 XXI wieku. Wiele zależy tutaj od nakładów na badania i rozwój, a także zdolności poszczególnych krajów w zakresie wdrażania i absorpcji innowacji.

Tyle tytułem wstępu, przejdźmy do uporządkowania naszych informacji. CCS (ang. Carbon Capture and Storage) to rozwiązanie, które można podzielić na trzy etapy /zadania. Pierwszy to przechwycenie CO₂ powstającego w czasie procesów produkcyjnych lub energetycznych (w praktyce chodzi o oddzielenie go od innych gazów), drugi to jego transport na miejsce składowania (w formie sprężonej), a dopiero trzeci to samo przechowywanie (w formacjach geologicznych). Wśród najwłaściwszych miejsc wskazuje się często wyczerpane złoża ropy i gazu, co stanowić może pewną szansę dla firm z sektora. Co ciekawe, dostrzegają to także polskie spółki – rozmowy w tym zakresie prowadzą nie tylko spółki Skarbu Państwa.

Z raportu Global CCS Institute za rok 2022 wynika, że wówczas w pełni operacyjnych było 30 instalacji CCS, o łącznej zdolności magazynowej na poziomie 42,5 mln ton rocznie. Na etapie budowy 11 (i odpowiednio 9,6 Mpta), w zaawansowanej fazie rozwoju 78 obiektów (97,6 Mpta), we wczesnej fazie rozwoju 75 (91,8 Mpta), zawieszonych jest 2 (2,3 Mpta). Łącznie daje nam to 194 działające, budowane lub planowane obiekty. W Europie (choć na różnych etapach zaawansowania) było 73 obiekty CCS. Inicjatywy tego typu cieszą się wsparciem ze strony UE – ramy prawne dotyczące transportu i składowania CO₂ zawiera m.in. dyrektywa 2009/31/WE w sprawie geologicznego składowania dwutlenku węgla. Do technologii CCU (zakładającej także ponowne wykorzystanie przechwyconego CO₂) odnosi się m.in. dyrektywa (UE) 2018/2001 w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych.

Unia jest w trakcie przygotowywania strategii poświęconej zarządzaniu m.in. dwutlenkiem węgla z procesów przemysłowych (szeroko rozumianych). Komisja zapowiada, że na tym nie koniec i deklaruje wsparcie dla takich rozwiązań specjalistycznych jak BECCS czy DACCS oraz innych innowacji z tego obszaru. Przedsięwzięcia związane z infrastrukturą służącą zagospodarowaniu CO₂ mogą ubiegać się o status PCI, czyli projektów wspólnego zainteresowania oraz o dofinansowanie w ramach instrumentu Connecting Europe Facility.

Skuteczne wdrażanie rozwiązań związanych z CCS wymaga bez wątpienia kompleksowego wsparcia politycznego. Koszty wdrożenia (tak CAPEX, jak i OPEX) są na tyle duże, że nieodzowny wydaje się przemyślany, nieprzeskalowany i trwały system wsparcia. Wśród propozycji zgłoszonych podczas konsultacji wspomnianej nieco wyżej strategii UE są i te dotyczące pokrywania części kosztów operacyjnych ze względu na energochłonność instalacji CCS. Biorąc pod uwagę olbrzymie koszty transformacji, ponoszone nie tylko przez energetykę, ale i przemysł, trudno wyobrazić sobie wprowadzanie takich rozwiązań jak CCS bez wsparcia także na etapie inwestycyjnym. Zwłaszcza, że w większości przypadków będzie to infrastruktura generująca znikome przychody, ukierunkowana raczej na uniknięcie opłat za emisje lub zamknięcia fabryk. W moim osobistym przekonaniu CCS/CCU to absolutne „must have” dla wielu polskich firm, przede wszystkim z wysoce emisyjnych sektorów gospodarki. Bez rozwiązań tego typu, dostępnych na możliwie najbardziej przystępnych warunkach, po prostu nie poradzą sobie one z transformacją. A za to, długofalowo, przyjdzie nam zapłacić znacznie wyższy rachunek niż za wspieranie innowacji.