Próżne nadzieje na świętego Graala dla węgla. Wychwyt CO2 to „mydlenie oczu"

„Poleganie na CCS jako rozwiązaniu problemu zmiany klimatu zmusi rządy europejskie do wsparcia technologii, która w przeszłości zawiodła. To mydlenie oczu. Jak pokazuje niewielka liczba funkcjonujących projektów, CCS prawdopodobnie nie zadziała zgodnie z oczekiwaniami, a jego wdrożenie potrwa dłużej, niż przewidywano” – powiedział Andrew Reid, analityk ds. finansowania działań proklimatycznych IEEFA i autor raportu.

Technologie CCS, inaczej: sekwestracji dwutlenku węgla, pozwalają wychwycić CO₂ z atmosfery w celu jego trwałego składowania w strukturach geologicznych – magazynach pod powierzchnią ziemi, np. pod dnem morskim – lub w postaci związanej w skałach i minerałach. Zgodnie z definicją Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) technologie CCS są stosowane do wychwytu ze źródeł punktowych, np. elektrowni, rafinerii czy cementowni. CDR (Carbon Dioxide Removal, usuwanie dwutlenku węgla) polega na bezpośrednim wychwycie tego gazu z powietrza – pochodzącego zarówno ze spalania paliw kopalnych, jak i np. rolnictwa.

Ogłoszona w lutym tego roku strategia Industrial Carbon Management Unii Europejskiej zakłada sekwestrację łącznie ponad 450 megaton (Mt) CO₂ rocznie do 2050 r. To o ponad 120 Mt dwutlenku węgla więcej, niż emisje Polski w 2022 r. Analiza IEEFA wykazała, że na ten moment w Europie planowane jest prawie 200 potencjalnych projektów, które łącznie mają przechwytywać 150 Mt CO₂ rocznie. Jednakże ponad 90 proc. tej wydajności miałoby pochodzić z instalacji, które są co najwyżej na etapie prototypu.

Problemy CCS

Z raportu wynika, że wdrażanie technologii CCS na szeroką skalę w Europie może wymagać wsparcia publicznego na poziomie 140 mld euro, a jednocześnie nie przyczyni się do osiągnięcia celu zerowej emisji netto. Całkowity koszt realizacji projektów może wynieść nawet 520 mld euro. Wyliczenia przeprowadzono na podstawie średniego kosztu za tonę wychwyconego, przetransportowanego i zmagazynowanego CO₂ w różnych sektorach w ciągu 20-letniego okresu realizacji danego projektu.

Reid zwrócił uwagę na brak odpowiednich regulacji w UE. Brakuje także np. norm jakości (czystości) wychwytywanego CO₂, który przecież będzie wychwytywany w różnych miejscach i z różnych źródeł, a później trzeba go będzie składować w zbiorczych magazynach.

Co prawda pewne projekty CCS działały już w latach 70., ale jedynie na niewielką skalę. Proponowane ramy czasowe na wdrożenie CCS w Europie wydają się zbyt optymistyczne, biorąc pod uwagę niedojrzałość technologiczną i komplikacje przy realizacji nawet mniejszych projektów w przeszłości. To może spowodować dodatkowy wzrost kosztów z powodu opóźnień, niewystarczającej efektywności czy nawet porzucania projektów.

A koszty już są zaporowe. Wychwycenie, przetransportowanie i składowanie jednej tony CO₂ w Europie kosztuje średnio 198 USD. To około dwóch razy więcej niż przewidywana w tej dekadzie cena za uprawnienie do emisji tony dwutlenku węgla. W raporcie wskazano, że firmy będą prawdopodobnie zmuszone do korzystania z rządowych dotacji, by przedsięwzięcie się opłacało. Zauważono też, że obawy dotyczące kosztów i wykonalności technicznej sprawdzają się w rzeczywistości. Dotyczy to np. projektu z Norwegii (Northern Lights), który jest już opóźniony. W kiepskiej sytuacji jest holenderski projekt Porthos – koszty pierwotnie szacowane na 500 mln euro wzrosły do 1,3 mld euro w ciągu ostatnich 5 lat ze względu na inflację i wzrost cen materiałów budowlanych. Z projektu Polaris zrezygnował niedawno Orlen ze względu na zbyt niski przewidywany zwrot z inwestycji. Potencjał zatłaczania magazynu CO₂ okazał się niższy, niż wcześniej prognozowano, przez co wzrósł jednostkowy koszt składowania.

Koszty przechwycenia CO₂ różnią się w zależności od tego, ile tego związku faktycznie znajduje się w gazach emitowanych przez daną branżę. W przypadku przetwarzania gazu ziemnego, produkcji amoniaku czy etanolu, średni procentowy udział CO₂ w spalinach wynosi 98 proc. W przypadku np. produkcji cementu jest to tylko 20 proc., co zwiększa koszty ze względu na większą energochłonność procesu w przeliczeniu na jednostkę wychwyconego CO₂. Jak pisał Reid, koszty na ten moment właściwie wykluczają komercyjne zastosowanie takich instalacji.

Dodatkowo energochłonność procesu, a co za tym idzie – koszt, zależy także od metody składowania. Przykładowo, elektrownia wyposażona w system CCS potrzebowałaby dodatkowo 10-40 proc. więcej energii do funkcjonowania – na wychwyt oraz sprężanie gazu przed jego zatłaczaniem pod ziemię. W przypadku przechowywania CO₂ w postaci minerałów elektrownia wymagałyby o 60-180 proc. więcej energii niż elektrownia o takiej samej mocy bez systemu wychwytu dwutlenku węgla (s. 4, Summary for Policymakers).

Z CCS jest jeszcze jeden problem. Wychwycony dwutlenek węgla bywa też wykorzystywany (Carbon Capture, Utilisation and Storage, CCUS), ale jego najpopularniejszym zastosowaniem jest wspomaganie wydobycia paliw kopalnych, co powoduje kolejne emisje. Polega to na wtłaczaniu CO₂ do złoża ropy naftowej, co ułatwia jej wydobycie (Enhanced Oil Recovery, EOR). Zatłaczanie tego gazu podnosi ciśnienie w złożu, co wypycha surowiec na powierzchnię, a sam dwutlenek węgla pozostaje zmagazynowany w porowatej skale. Do tego właśnie służyła pierwsza instalacja wychwytu dwutlenku węgla na świecie z 1972 r.

Jednakże to, że technologie CCS były już wykorzystywane przez przemysł paliw kopalnych, nie oznacza wcale, że jest to technologia na tyle dojrzała, by można ją było już wykorzystywać także w innych branżach. Wskazuje na to ocena Międzynarodowej Agencji Energetycznej (MAE). Zgodnie z analizą opublikowaną przez Agencję w 2020 r. większość technologii CCS otrzymała ocenę najwyżej 9 w 11-stopniowej skali dojrzałości technologicznej (TRL) – oznacza to, że „są we wczesnej fazie wdrażania i są dostępne na rynku, choć wymagają ulepszeń, aby pozostać konkurencyjnymi”. Dotyczy to projektów związanych z produkcją wodoru i amoniaku. Jeszcze niższe oceny mają zastosowania w branży cementowej (5 – faza prototypu) oraz ciepłowniczej i energetycznej (7 – faza demonstracyjna) – a to z tych branż ma pochodzić 65 proc. emisji wychwyconych przez planowane instalacje CCS w Europie.

Obecnie globalnie działa ponad 40 obiektów komercyjnych, które wychwytują łącznie 50 Mt CO₂ rocznie, z czego trzy czwarte wykorzystuje się do EOR. Dla porównania skali – sama tylko elektrownia Bełchatów emituje około 30 Mt dwutlenku węgla rocznie. W Europie funkcjonuje tylko pięć z tych obiektów, które łącznie wychwytują 2,7 Mt CO₂ rocznie. W UE – tylko trzy, wychwytujące 1 Mt rocznie. Unijne plany wyglądają więc bardzo ambitnie. Co więcej, spośród 11 przeanalizowanych przez IEEFA projektów tylko trzy osiągnęły zakładaną pierwotnie wydajność.

Ponadto w wielu z planowanych projektów mają być wykorzystywane statki do transportu wychwyconego CO₂ do miejsca składowania np. pod dnem morskim. Technologie potrzebne do tych operacji mają TRL na poziomie 5-7. Dodatkowo koszty składowania CO₂ w środowisku morskim są niemal czterokrotnie wyższe niż na lądzie. Z kolei zatłaczanie do wyczerpanych złóż ropy naftowej i gazu ma TRL równe 7. Nie wygląda to zbyt imponująco.

Kiepsko przedstawiają się także możliwości składowania – magazyny nie są niezawodne i z doświadczenia wiemy już, że istnieje ryzyko uwolnienia zatłoczonego CO₂. Istotne problemy techniczne napotkały np. norweskie zbiorniki Sleipner i Snøhvit należące do Equinor. W Sleipner pojawiło ryzyko wydostania się zgromadzonego CO₂ na powierzchnię, natomiast w Snøhvit, zaprojektowanym na 18 lat użytkowania, po 1,5 roku ciśnienie wzrosło na tyle, że projekt musiał zostać zawieszony. Zagrożenie dla magazynów stanowią też ruchy tektoniczne i aktywność sejsmiczna.

Kolejną trudność stanowi bardzo złożony łańcuch wartości procesu wychwytu, transportu i składowania dwutlenku węgla. Gaz ma być wychwytywany z różnych zakładów, w różnej lokalizacji, o różnej czystości spalin i różnej dojrzałości technologicznej instalacji dla danego zastosowania, a następnie transportowany i składowany w jednym miejscu. To wymaga wielu interakcji między podmiotami i stworzenia nowej, a do tego międzynarodowej, sieci – na Ziemi nie ma zbyt wielu miejsc, gdzie istnieje choćby potencjał składowania CO₂. Punktowe źródła emisji, dla których wychwytywanie mogłoby być korzystne, zazwyczaj znajdują się daleko od takich obszarów. Jego transport byłby więc skomplikowanym przedsięwzięciem, co ponownie zwiększałoby koszty,  a także powodowało dodatkowe emisje.

Czy CCS jest potrzebny?

Zdaniem IPCC potencjał technologii CCS do mitygacji zmiany klimatu jest „znaczny”, ale będzie on zależeć „od szeregu czynników, w tym zachęt finansowych przewidzianych do wdrożenia oraz tego, czy ryzykiem związanym ze składowaniem można skutecznie zarządzać”. I w tym sęk. Autor raportu IEEFA wskazuje, że „w obecnej formie CCS prawdopodobnie nie będzie działać zgodnie z oczekiwaniami, będzie kosztować więcej, a co ważne – jego wdrożenie potrwa dłużej, niż oczekiwano”.

Oczywiście wszystkie technologie na wczesnym etapie rozwoju są drogie, a koszty CCS/CCUS w przyszłości spadną. Pytanie tylko, czy spadną wystarczająco szybko. Zdaniem Andrew Reida największe ryzyko, jakie niesie ze sobą opieranie się na tej technologii, to to, że później na zmianę strategii i skupienie się na ograniczaniu emisji może już być za późno. IEEFA zamiast tego proponuje przeznaczenie tych funduszy na bardziej efektywne rozwiązania, m.in. budowę farm wiatrowych.

Jednocześnie IPCC podkreśla , że nie ma jednego słusznego rozwiązania, które poradziłoby sobie z antropogenicznymi emisjami CO₂ – potrzebny będzie cały „portfel środków łagodzących”. Być może więc w przyszłym systemie będzie też miejsce dla CCS, ale wiara w to, że jakaś pojedyncza doskonała technologia uchroni nas przed skutkami globalnego ocieplenia to w rzeczywistości jedna ze strategii opóźniania działań na rzecz klimatu.