CCS v praxi

Technologie zachytávání a ukládání oxidu uhličitého (CCS – Carbon Capture and Storage) lze využívat u řady zdrojů emisí v energetice a výrobním průmyslu. V mnoha oblastech možného využití se tyto technologie aktuálně nacházejí ve fázi předkomerčního testování (například u elektráren) nebo pilotních projektů (sem patří mj. železárny, ocelárny a cementárny). V jiných odvětvích, například při úpravě zemního plynu, se CCS využívá již v plném komerčním provozu.

Proč potřebujeme CCS?

Množství CO₂ v atmosféře se neustále zvyšuje a teploty na Zemi rostou. Abychom zabránili nebezpečným změnám klimatu, nesmí průměrná celosvětová teplota ve srovnání s dobou před začátkem průmyslové revoluce stoupnout o více než 2 °C. Toho můžeme dosáhnout jen při výrazném snížení emisí CO₂.

Podle zveřejněných studií (např. IEA, Perspektivy energetických technologií 2015 [Energy Technology Perspectives 2015]) může CCS do roku 2050 v porovnání se situací, kdy nepodnikneme žádné kroky, zajistit až 13 % potřebného snížení energetických emisí oxidu uhličitého. Zhruba 40 % emisí CO₂ pochází z energetického sektoru. Dalších 25 % pak vyprodukují velké průmyslové provozy jako železárny, ocelárny, cementárny, chemičky a rafinerie. Lze očekávat, že poptávka po fosilních palivech zůstane i nadále vysoká, zejména pak v rozvojových zemích, kde velká část populace dosud nemá přístup k elektřině.

CCS představuje prakticky proveditelnou možnost výrazného snížení emisí CO₂ pocházejících z těchto velkých zdrojů. V mnoha případech se pro dosažení tohoto cíle dokonce nenabízí žádná jiná realistická alternativa. Množství emisí CO₂ produkovaných člověkem je dnes tak obrovské (cca 35,7 miliard tun za rok 2015), že si k jeho omezení nevystačíme s jednou nebo dvěma technologiemi. Bude třeba využít celý komplex dostupných metod a opatření, který zahrne úspory ve spotřebě energie, zvyšování energetické účinnosti, využití obnovitelných zdrojů, jadernou energii, a také technologii CCS. Její nasazení může významně omezit dopady dalšího využívání velkých, snadno dostupných a levných zásob fosilních paliv, která v celosvětovém měřítku budou nesporně hrát významnou roli i v příštích desetiletích.

Proces zachytávání a ukládání CO₂.

Využití v průmyslu

Aplikacemi CCS v průmyslu máme na mysli zachytávání, přepravu (případné využívání) a ukládání oxidu uhličitého (CO₂), který by se jinak vypustil do atmosféry. Do této kategorie spadají všechny průmyslové podniky s výjimkou zástupců energetického průmyslu. Na rozdíl od energetiky, kde emise CO₂ vznikají jednoduše spalováním fosilních paliv, může CO₂ v průmyslových závodech vznikat spalováním, zpracováním paliva před spalováním, během chemických reakcí nutných k výrobě finálního produktu (tzv. procesní emise) nebo spojením několika těchto možností.

Podle studie Perspektivy energetických technologií (Energy Technology Perspectives, 2012) vydané Mezinárodní energetickou agenturou (IEA) má až 45 % (tj. 55 gigatun) z celkového objemu CO₂ zachyceného mezi roky 2015 a 2050 pocházet právě z průmyslových aplikací. Ty budou přitom postupně tvořit čím dál tím větší podíl projektů CCS.

Existují pro to dva hlavní důvody. Prvním je skutečnost, že u mnoha průmyslových procesů je CCS jedinou možností výrazného snížení emisí CO₂. Za druhé pak mají tyto výrobní procesy tu výhodu, že zachytávání CO₂ může být v jejich případě poměrně levné. Tato fáze CCS přitom může u některých aplikací tvořit až 85% celkových nákladů. Nižším nákladům v těchto případech pomáhá:

• vysoká čistota proudu emisí CO₂ v odvětvích, jako je výroba čpavku nebo hnojiv,
• zahrnutí nákladů na zachytávání do procesu přípravy produktu k prodeji. To platí např. v případě úpravy nebo zkapalňování zemního plynu.

Pro využívání CCS se nabízí řada významných průmyslových odvětví, například:

• úprava zemního plynu
  Zemní plyn z mnoha zdrojů obsahuje značný podíl CO₂, který se před prodejem plynu musí odstranit.
• výroba potravin a nápojů
  CO₂ se používá zejména pro sycení nápojů. Například v pivovarnictví ale vznikají značná množství CO₂ při fermentačních procesech během přeměny cukrů na alkohol.
• výroba papíru a celulózy
  CO₂ vzniká při spalování fosilních paliv nebo biomasy nutném pro chemickou výrobu buničiny za vysokých teplot, mechanickou výrobu dřevoviny, výrobu elektřiny v závodech a sušení.
• rafinace ropy
  Zahrnuje zpracování ropy na paliva pro dopravu, kdy CO₂ vzniká při výrobě tepla, vodíku a energie.
• výroba chemikálií
  Týká se mimo jiné výroby čpavku, metanolu a olefinů, při nichž se jako vstupní suroviny využívají fosilní paliva (procesní emise).
• výroba cementu
  CO₂ vzniká při výpalu vápence (procesní emise), při němž se navíc využívají fosilní paliva.
• výroba železa a oceli
  CO₂ vzniká kvůli dominantnímu využívání uhlí jako redukčního činidla a paliva, ale též v důsledku nevyhnutelných procesních emisí
• výroba neželezných kovů
  Zahrnuje výrobu hliníku, při níž převážná část celkově vznikajícího CO₂ pochází z generování elektřiny nutné k průběhu elektrolýzy (emise ze spalování), zbytek jsou pak jako procesní emise při redukci oxidu hlinitého uhlíkem.
• výroba biopaliv (viz dále).

Biopaliva

Výroba bioenergie s využitím CCS (BECCS) v sobě spojuje zpracování biomasy (esterifikaci, luhování, fermentaci nebo zplyňování) a/nebo její spalování při využití CCS.

Hlavní výhodou řešení využívajících BECCS je to, že často mohou zajistit negativní emise CO₂ – tedy úbytek CO₂ v atmosféře. To je důsledkem procesu dvojité sekvestrace uhlíku: rostliny v sobě při růstu zachycují a ukládají volný CO₂ z ovzduší, při spalování této biomasy pak dochází k sekvestraci geologické – tedy zachycení uvolňovaného CO₂ a jeho trvalému uložení pod zem.

CCS v energetice

CCS je nutným předpokladem opravdu účinné dekarbonizace výroby energie z fosilních paliv, zejména uhlí a plynu. Pouze takto můžeme ve středně- a dlouhodobém horizontu dosáhnout potřebného snížení emisí CO₂.

Podle odhadů IEA bude v letech 2015 až 2050 na energetiku připadat 55% celkového množství CO₂ zachyceného pomocí technologie CCS. Zároveň se IEA zasazuje o to, aby právě energetický sektor začal CCS v následujících třech desítkách let využívat co možná nejrychleji s tím, že do roku 2040 musejí být touto technologií vybaveny téměř všechny elektrárny využívající fosilní paliva.

Společné součásti CCS

Technologie využívané k zachytávání CO₂ z průmyslových aplikací a bioenergetických projektů mají mnoho důležitých styčných bodů s postupy zachytávání před spalováním, po spalování a spalování v kyslíkové atmosféře, využívanými v energetice. Technologie pro následující dva kroky celého procesu – tedy bezpečnou přepravu a trvalé uložení CO₂ – jsou pak u průmyslových, energetických a bioenergetických aplikací zcela totožné.

To skýtá velkou příležitost sdílet poznatky a zkušenosti nashromážděné během demonstračních projektů CCS bez ohledu na konkrétní oblast a rozsah využití, a postupně tak snižovat náklady na realizaci projektů.

Aktuální stav projektů CCS

Na světě je dnes (září 2021) v provozu 27 velkých projektů CCS, 4 jsou ve výstavbě a dalších 102 v různých fázích přípravy. Ze 31 projektů v provozu a ve výstavbě jsou dva z oblasti elektroenergetiky, zbylých 29 pak představují aplikace průmyslové:

• 12 projektů v oblasti úpravy zemního plynu,
• 5 projektů v oblasti výroby hnojiv,
• 3 projekty výroby vodíku,
• 3 projekty výroby etanolu,
• 3 projekty v jiných oblastech chemické výroby,
• 1 projekt výroby cementu,
• 1 projekt v oblasti energetického využití odpadu,
• 1 projekt výroby železa a oceli.