Česká geologická služba
Úvodní stránka > Technologie CCS > Zachytávání CO2
Přihlášení

Zachytávání CO2

Zachytávání oxidu uhličitého (CO2) je prvním krokem procesu zachytávání a ukládání tohoto skleníkového plynu, který je znám pod zkratkou CCS (Carbon Capture and Storage). Jedná se o soubor technologií s cílem zabránit vypouštění nadměrného množství CO2 do atmosféry.

Oxid uhličitý lze zachytávat u velkých producentů emisí. Mezi ně patří například elektrárny spalující uhlí a zemní plyn, úpravny zemního plynu, ocelárny, cementárny, papírny, celulózky nebo továrny na hnojiva. Využití CCS u těchto procesů může hrát významnou roli při snižování celosvětových emisí skleníkových plynů. V provozech zabývajících se úpravou zemního plynu a výrobou hnojiv se technologie pro separaci/zachytávání oxidu uhličitého používají ve velkém měřítku již několik desítek let a nedávno byla tato technologie poprvé uplatněna i při výrobě elektřiny.

Jak zachytávání CO2 probíhá?

Energie obsažená ve fosilních palivech, jako je uhlí, ropa nebo zemní plyn, se uvolňuje při procesech spalování a konverze paliv, při nichž jako vedlejší produkt vzniká CO2.

V systémech, kde se uhlí před spalováním drtí na jemný prášek, k nimž patří valná většina uhelných elektráren v Severní Americe, Evropě i Číně, se CO2 musí separovat v nízkých koncentracích ze směsi plynných zplodin. V jiných systémech, například těch založených na zplyňování uhlí (kde se uhlí přeměňuje na chemické látky, zemní plyn nebo kapaliny), je separace CO2 jednodušší.

Zachytávání CO2 může probíhat třemi různými způsoby: před spalováním, po spalování a při spalování v kyslíkové atmosféře se zachycením po spálení.

Zachytávání před spalováním

Při zachytávání před spalováním se palivo nejprve přemění na plynnou směs vodíku a CO2. Vodík se následně oddělí a lze jej spálit, aniž by vznikal další CO2. Separovaný oxid uhličitý se naopak stlačí do formy vhodné k přepravě a ukládání. Kroky nutné k přípravě (konverzi) paliva jsou v případě zachytávání před spalováním obtížnější nežli u zachytávání po spalování. Proto je použití této technologie u stávajících elektráren složitější. Zachytávání před spalováním se používá v různých průmyslových procesech (například úprava zemního plynu), v energetice pak najde využití u nových projektů, jako je například právě budovaná elektrárna v Kemper County (USA).

Zachytávání před spalováním

Zachytávání před spalováním.

Zachytávání po spalování

Při zachytávání po spalování se CO2 odlučuje z plynů vznikajících jako zplodiny hoření. Lze jej zachytávat pomocí kapalných rozpouštědel nebo jiných metod separace. Při použití absorpčního principu se CO2 zachycený v rozpouštědle následně zahřátím opět uvolní, čímž vzniká proud vysoce čistého CO2. Tato technologie se běžně používá pro potřeby potravinářského průmyslu (včetně výroby nápojů).

Zachytávání po spalování

Zachytávání po spalování.

Spalování v kyslíkové atmosféře

Při spalování v kyslíkové atmosféře palivo nehoří za přítomnosti vzduchu, ale v atmosféře obsahující kyslík a oxid uhličitý. Jako zplodiny hoření tak vznikají převážně vodní pára a CO2. Ty pak lze od sebe snadno oddělit, čímž vzniká proud vysoce čistého CO2.

Spalování v kyslíkové atmosféře

Spalování v kyslíkové atmosféře.

Proč je snižování emisí CO2 zásadní při výrobě elektřiny?

Elektrárny spalující fosilní paliva produkují větší podíl emisí CO2 nežli jiná průmyslová odvětví. Nasazení technologie zachytávání a ukládání oxidu uhličitého zde proto ve srovnání s ostatními odvětvími nabízí největší potenciál snížení emisí – a to jak u nových, tak i stávajících elektráren.

Technologie pro zachytávání CO2 lze instalovat u všech nových typů elektráren spalujících uhlí nebo plyn. Technologie CCS však představuje značnou finanční investici. Pro zajištění návratnosti těchto nákladů a dalšího rozvoje CCS je proto nutné vytvořit vhodné právní prostředí, které bude emise oxidu uhličitého do ovzduší pokutovat.

Nejinak je tomu i v případě dovybavování stávajících elektráren technologiemi CCS. Zde je navíc nutná i dostatečná integrace zařízení pro zachytávání CO2 do stávajícího provozu a existence dodatečného prostoru pro výstavbu nového zařízení.

Proč je důležité snižovat i emise CO2 produkované průmyslem?

Průmyslové provozy jako cementárny, ocelárny, papírny a celulózky, chemičky a úpravny plynu patří mezi velké zdroje emisí CO2. Ve srovnání s energetikou společně vyprodukují asi 25 % emisí tohoto skleníkového plynu. Při nasazení technologií CCS v těchto provozech bychom mohli dosáhnout výrazného snížení globálních emisí CO2. V některých případech nejsou emise CO2 důsledkem používání fosilních paliv, ale vedlejším produktem technologických procesů probíhajících v těchto zařízeních. U některých procesů (například výroby cementu nebo výroby oceli ve vysokých pecích) je přitom CCS jedinou technologickou možností, jak zajistit výrazné snížení emisí CO2.

Fungují už dnes průmyslové provozy, kde se CO2 zachytává?

Ano. Jednou z prvních oblastí, kde se technologie CCS začala využívat, je úprava zemního plynu. Například v rámci norského projektu ukládání oxidu uhličitého Sleipner, který běží už od roku 1996, se každoročně zachytí zhruba milion tun CO2. Ten se následně vtláčí a trvale ukládá do slaného akviferu ležícího hluboko pod dnem Severního moře.

V Abú Zabí ve Spojených arabských emirátech je aktuálně v běhu první projekt rozsáhlého využití CCS v oboru výroby železa a oceli. Mezi další pokročilé projekty využití CCS patří například závod na výrobu etanolu v americkém Illinois nebo velké zařízení na zkapalňování zemního plynu v Západní Austrálii.

Prvním projektem, který ve velkém využívá technologii CCS při výrobě elektřiny, je elektrárna Boundary Dam v kanadském státě Saskatchewan. Do provozu byla uvedena v říjnu 2014. Na rok 2016 je pak plánováno zahájení provozu dvou dalších velkých energetických projektů v USA – elektráren Kemper County v Mississippi a Petra Nova v Texasu.

Kam se budou technologie zachytávání CO2 ubírat dál?

Možnosti a funkčnost zachytávání CO2 byly v uplynulých letech jasně prokázány při úspěšné realizaci pilotních projektů, a v případě průmyslových procesů i na řadě velkých průmyslových instalací. Realitou se stalo i využití této technologie při výrobě elektřiny. Prokázalo se, že technologie funguje; její větší rozšíření v praxi však bude vyžadovat další výzkum zaměřený na snížení nákladů a energetických ztrát. Takovýto pokrok lze u dalších generací technologií pro zachytávání CO2 oprávněně očekávat.

Celosvětově budou třeba značné finanční investice, které by umožnily v blízké budoucnosti realizovat určitý počet projektů komerčního rozsahu. Toto portfolio nových projektů přinese značné výhody v podobě „učení se přímo praxí“, jež spolu s pokračujícím výzkumem výrazně pomohou snížit náklady na zachytávání CO2.