Česká geologická služba
Úvodní stránka > Technologie CCS > CCS v praxi
Přihlášení

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

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).
Podle odhadů IEA tvoří v současné době emise CO2 z uvedených odvětví celosvětově asi 22% celkového množství tohoto skleníkového plynu vypouštěného do ovzduší.

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 (jaro 2016) v provozu, nebo se připravuje celkem 22 velkých projektů CCS. Tři z nich jsou z oblasti elektroenergetiky, zbylých 19 pak představují aplikace průmyslové:

  • 10 projektů v oblasti úpravy zemního plynu,
  • 3 projekty v oblasti výroby hnojiv,
  • 3 projekty výroby vodíku nebo rafinace ropy,
  • 1 projekt výroby etanolu (chemická výroba),
  • 1 projekt výroby syntetického zemního plynu (syngasu),
  • 1 projekt výroby železa a oceli.