Ukládání CO2

Ukládání oxidu uhličitého (CO₂) vyprodukovaného lidskou činností pod zemský povrch pomáhá v boji proti změně klimatu tím, že se tento skleníkový plyn nedostane do atmosféry.

Nejedná se přitom o žádnou novinku nebo čistou teorii. Tento princip v praxi funguje mnohem déle, než bychom si mohli myslet – existuje totiž celá řada geologických systémů, v nichž byl CO₂ zcela přirozeně uložen po dlouhá tisíciletí. Stejně tak se CO₂ již desítky let využívá ke zvýšení účinnosti těžby ropy v těžebním průmyslu. Tento postup je znám pod zkratkou EOR – Enhanced Oil Recovery.

Po celém světě najdeme mnoho navzájem podobných geologických útvarů, do nichž bychom mohli uložit množství CO₂ odpovídající průmyslovým emisím tohoto skleníkového plynu za několik stovek let. Přestože geologické ukládání plynů je zcela přirozený proces a v průmyslu se úspěšně využívá již řadu desetiletí, vysvětlit tento proces veřejnosti není vždy zcela jednoduché.

Jak geologické ukládání funguje?

Při geologickém ukládání se CO₂ zachycený během průmyslových výrobních procesů injektuje (vtlačuje) do horninových struktur hluboko pod zemským povrchem. Zde zůstane trvale uložen a nedostane se do atmosféry.

Podívejte se na informativní video o ukládání CO₂ a jeho bezpečnosti.

Vhodná úložiště obvykle vyžadují následující geologické parametry:

• Souvrství hornin musí mít dostatek drobných, milimetrových dutin, nazývaných póry, které může CO₂ vyplnit.
• Póry v hornině musí být dostatečně propojené, aby byla zajištěna dostatečná propustnost (permeabilita). Ta je nezbytná k tomu, aby úložiště mohlo absorbovat CO₂ rychlostí, kterou je do podzemí vtláčen. Při dostatečné propustnosti se plyn může rovnoměrně rozptýlit po celém úložišti.
• Nad úložištěm musí být dostatečně silná vrstva těsnicí horniny, která funguje jako „poklička“ a brání pronikání uloženého CO₂ zpět na zemský povrch.

Geologické ukládání CO₂ - zobrazení různých možností ukládání CO₂:

1. Jako hluboké slané akvifery označujeme hluboko uložené geologické vrstvy obsahující slanou vodu. Ta může být pouze lehce slaná (brakická), ale může také obsahovat mnohonásobně vyšší koncentrace solí nežli voda mořská; v každém případě však nebývá pitná. Vrstva se slanou vodou je shora utěsněna nepropustnou horninou umožňující trvalé uložení CO₂.
2. CO2 lze vtláčet do netěžitelných, hluboko uložených uhelných slojí, kde vytlačí přítomný metan, naváže se na uhlí a zůstane trvale uložen. Tento typ ukládání se prozatím nachází ve fázi výzkumu a dosud neexistují žádné funkční projekty většího rozsahu.
3. V procesu EOR vtláčený CO₂ zvyšuje výtěžnost ložisek ropy v závěrečné fázi těžby.
4. Vytěžená ložiska ropy a plynu, kde další těžba již není ekonomicky rentabilní, která však nabízejí vhodné prostředí pro trvalé uložení CO₂.

Vzorek jádra.

Na světě naštěstí existuje spousta míst, kde se vyskytují horninové struktury splňující tyto požadavky. Většina z nich se nachází v rozsáhlých geologických útvarech označovaných jako sedimentární pánve. Právě v sedimentárních pánvích se nacházejí téměř všechna naleziště ropy a zemního plynu. Ropa, plyn (a někdy také přírodní CO₂) jsou zde nejčastěji „uvězněny“ v pískovcových, vápencových a dolomitových strukturách podobných těm, které mohou fungovat jako vhodná úložiště CO₂.

Právě přirozené geologické parametry těchto horninových struktur, které v sobě dokázaly uvěznit ropu a zemní plyn na dlouhé miliony let až do objevení ložiska, jsou důkazem toho, že uložení CO₂ pod zem je reálnou možností snížení množství skleníkových plynů v atmosféře. V sedimentárních pánvích se také vyskytují mnohá ložiska uhlí. Proto se v jejich blízkosti – a tím pádem tedy i v blízkosti potenciálně vhodného úložiště CO₂ – nachází i řada uhelných elektráren, jež patří k největším zdrojům emisí CO₂. V jiných případech a pro jiné průmyslové podniky však úložiště mohou ležet od potenciálního úložiště značně daleko.

Jak se CO₂ vtláčí (injektuje) pod zem a proč tam zůstává?

Po zachycení se CO₂ obvykle stlačí do tekuté formy, která má téměř stejnou hustotu jako voda. Poté se přepraví do lokality úložiště a pomocí vrtu se vtlačí hluboko pod zem do porézních horninových vrstev. Póry těchto podzemních vrstev jsou zpočátku naplněné jinou tekutinou – ropou, plynem nebo slanou vodou. Zatímco většina současných projektů CCS využívá ukládání ve spojení s EOR, budoucí projekty se budou muset čím dál tím více orientovat na hluboké slané akvifery, které mají na Zemi ve srovnání s nalezišti ropy a plynu mnohem větší rozšíření a nabízí tak větší teoretický úložný potenciál.

Intenzifikace těžby ropy.

Vzhledem k tomu, že vtláčený CO₂ je o něco lehčí než slaná voda, vyskytující se spolu s ním v úložném rezervoáru, má tendenci stoupat vzhůru a jeho část se přesune do horní části úložiště, kde je zadržena pod nepropustnou těsnicí horninou, která funguje podobně jako poklička. Ve většině přírodou vytvořených systémů se mezi rezervoárem a zemským povrchem nachází větší množství takových bariér.

Část uvězněného CO₂ se pomalu začne rozpouštět ve slané vodě a zůstane v ní vázána (tento proces se označuje jako zadržení pomocí rozpouštění). Další část CO₂ může uvíznout ve velmi drobných pórech (jde o takzvané zbytkové, či reziduální zadržení). Posledním typem zadržení jsou reakce rozpuštěného CO₂ s horninami v rezervoáru, při nichž se tvoří nové minerály. Tomuto procesu říkáme mineralizace (či minerální zadržení); ta může být poměrně rychlá, ale i velmi pomalá. Během této reakce se CO₂ mění na pevný nerost a v této podobě zůstane trvale uložen.

Je podzemní ukládání CO₂ bezpečné?

Při pilotních, výzkumných i průmyslových projektech se do hlubokých slaných akviferů každoročně přečerpá několik milionů tun CO₂. Jasně se přitom ukazuje, že tato injektáž je bezpečná a účinná. Již dlouhé desítky let pak geologické ukládání CO₂ zcela bezpečně funguje v ropném průmyslu jako druhotný efekt technologie EOR.

To potvrzují i poznatky získané v rámci aktivit mezivládních a průmyslových partnerských sdružení, výzkumných programů a sítí (networků) zainteresovaných subjektů. U probíhajících projektů CCS nebyly zjištěny žádné zásadnější dopady na bezpečnost, zdraví či životní prostředí a rovněž i v ropném průmyslu se EOR během čtyř desítek let, kdy se tato metoda využívá, osvědčilo jako velmi bezpečný postup.

Jak můžeme vědět, že to funguje?

Ropný a plynárenský průmysl má s injektáží CO₂ do podzemí více než 40leté zkušenosti. Během této doby byla do geologických rezervoárů kvůli zefektivnění těžby vtlačena téměř miliarda tun CO₂. Tento proces se označuje zkratkou CO₂–EOR. Oxid uhličitý se do ložiska uhlovodíků obvykle vtláčí pod tlakem v kapalném nebo tzv. superkritickém (tekutina s vysokou hustotou i tekutostí) skupenství. Takto se může smísit s ropou, která je pak „tekutější“(méně viskózní) a její těžba je jednodušší. To v konečném důsledku znamená vyšší efektivitu těžby. Směs CO₂ a ropy se dostává k povrchu, kde se CO₂ od ropy opět oddělí, znovu se zachytí a použije pro opětovnou injektáž. Díky tomuto cyklickému postupu po dotěžení ložiska téměř všechen použitý CO₂ zůstane uložen pod zemí (tento proces se označuje jako druhotné uložení). Pod zemský povrch lze uložit velká množství CO₂ – bezpečně, jistě a na velmi dlouhou dobu.

Jaké množství CO₂ můžeme pod zem uložit?

Podle odhadů mezivládního panelu OSN pro změnu klimatu (IPCC) dosahuje celosvětová kapacita potenciálních úložišť úrovně dvou bilionů tun – s doplněním, že „potenciál může být ještě mnohem vyšší“ (IPCC, 2005, Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage: Summary for Policymakers).

Novější a cílenější studie provedené v Severní Americe, Evropě, Austrálii a jiných částech světa pak ukázaly, že v mnoha oblastech nabízejí hluboké slané akvifery a vytěžená ložiska ropy a plynu potenciál pro geologické uložení objemu CO₂ odpovídajícího několika stovkám let emisí. Vzájemná blízkost zdrojů CO₂ a vhodných geologických úložišť se liší v závislosti na řadě faktorů. Mnoho oblastí a zdrojů disponuje bohatým výběrem možností uložení, jiné naopak budou muset investovat do účinných přepravních systémů. V některých regionech může být potenciál CCS omezen právě nedostatkem vhodných úložišť.

Výběr a popis potenciálních úložišť je jedním z nejnákladnějších kroků rané fáze projektů CCS. Přesto se této etapě nelze vyhnout a měla by proběhnout co nejdříve. Samotné ukládání je pak aspektem, který z celého procesu CCS připoutává největší pozornost veřejnosti.