Geologické ukládání CO2

Metoda CCS

Zachytávání a ukládání oxidu uhličitého (carbon dioxide capture and storage – CCS) je dnes obecně uznávanou metodou snižování emisí skleníkových plynů a zmírňování změny klimatu. Jeho princip spočívá v zachycení oxidu uhličitého ve velkých stacionárních zdrojích emisí, jako jsou tepelné elektrárny, ocelárny, cementárny, rafinerie nebo úpravny zemního plynu, a v následné přepravě na úložiště, kde je pak CO2 bezpečně a trvale uložen do vhodných geologických struktur. Takovými strukturami mohou být např. vytěžená ložiska ropy a zemního plynu, hluboké slané akvifery (porézní horniny obsahující slanou vodu) nebo netěžitelné uhelné sloje. Ekonomicky zajímavou variantou je využití CO2 jako média pro intenzifikaci těžby ropy v dotěžovaných ložiskách (enhanced oil recovery – EOR), při níž lze – ve srovnání s klasickými metodami těžby – významně zvýšit množství vytěžené suroviny.

Úložiště

Vhodné úložné struktury jsou zpravidla v hloubkách větších než 800 m pod povrchem, kde se CO2 dostává díky teplotním a tlakovým podmínkám do tzv. superkritického stavu, vyznačujícího se relativně vysokou hustotou a zároveň i nízkou viskozitou, která usnadňuje jeho pronikání do horninového prostředí. Geologická úložiště CO2 musí být dobře prozkoumané struktury s dostatečnou úložnou kapacitou, jež je dána objemem pórového prostoru, který lze zaplnit injektovaným oxidem uhličitým. Dalšími základními podmínkami, které musí úložiště splňovat, jsou dostatečná propustnost (permeabilita) horniny, umožňující pohyb CO2 od injektážního vrtu do dalších částí struktury, a kvalitní, nepropustná nadložní těsnící vrstva, obvykle jílovitých hornin, která zaručí zadržení uloženého CO2 v úložišti.

Uložený oxid uhličitý je v první fázi ukládání zadržován v úložišti zejména fyzikálně, prostřednictvím nadložní těsnící vrstvy, která brání jeho pronikání směrem k povrchu. Část molekul CO2 je navíc při pohybu úložištěm nevratně zachycena v horninových pórech a mikropórech. Později se začínají více a více uplatňovat další záchytné mechanismy – rozpouštění CO2 v podzemní vodě a jeho chemické reakce s přítomnými minerály. Tyto procesy napomáhají tomu, že bezpečnost geologického uložení CO2 se s postupem času zvyšuje.

Ukládání CO2 – výzva pro geology všech oborů

Vyhledávání vhodných úložišť CO2, jejich průzkum, modelování pochodů v úložišti, jakož i poznání všech procesů a jevů spojených s průběhem ukládání jsou novou velkou výzvou pro geologickou výzkumnou komunitu. Studium úložišť i vlastního procesu ukládání vyžaduje propojení celé řady geologických specializací, od regionální a strukturní geologie přes geofyziku, geochemii a geomechaniku až po ložiskové inženýrství. Mezi hlavní metody, které se uplatňují v projektech zaměřených na geologické ukládání CO2, patří terénní geologický a geofyzikální průzkum, široká škála laboratorních analýz a zkoušek včetně vysokotlakých experimentů, různé druhy geologického modelování a rozmanité metody pro monitoring uloženého CO2. Role národních geologických služeb, které disponují nejucelenějšími znalostmi a informacemi o geologické stavbě území v jednotlivých zemích, je při vyhledávání a posuzování úložišť CO2 naprosto nezastupitelná.

ČGS průkopníkem ukládání CO2 v České republice

Česká geologická služba se problematice CCS věnuje od roku 2003. Významnou úlohu při získání mezinárodního know-how v tomto oboru sehrálo členství ČGS v mezinárodních výměnných sítích, jako jsou ENeRG (European Network for Research in Geo-Energy) a CO2NET (Carbon Dioxide Knowledge Sharing Network). Díky spolupráci se zahraničními partnery sdruženými v těchto sítích se ČGS mohla zapojit do evropských výzkumných projektů CASTOR a EU GeoCapacity, v jejichž rámci se podařilo provést základní posouzení úložného potenciálu České republiky a udělat základní výběr nadějných geologických struktur, potenciálně vhodných pro ukládání CO2. Vznikly i první případové studie zaměřené na vybrané lokality – hluboké akvifery středočeského permokarbonu, netěžené uhelné sloje hornoslezské pánve a vybraná ložiska ropy na východní Moravě. Na tyto práce pak navázal česko-norský projekt TOGEOS (2009–2010), který se zaměřil na akvifery středočeské permokarbonské pánve a na potenciál moravských ropných ložisek z hlediska možností intenzifikace těžby pomocí ukládaného CO2.

ČGS se díky zmíněným aktivitám stala průkopníkem v oboru CCS v České republice, mimo jiné i díky evropskému projektu CO2NET EAST (2006–2010), který koordinovala. Jeho posláním bylo integrovat nové členské státy EU ze střední a východní Evropy do evropských aktivit výzkumu a vývoje v tomto oboru, zvýšit úroveň obecného povědomí o CCS v tomto regionu a zajistit přenos poznatků v oboru do nových členských zemí. Jedním z hmatatelných výsledků tohoto projektu je český národní informační portál o CCS, který ČGS dodnes provozuje a rozvíjí na adrese http://www.geology.cz/ccs.

Logickým pokračováním těchto aktivit pak byla účast ČGS v evropském integračním projektu CGS Europe (2010–2013), jehož hlavním cílem byla celoevropská integrace výzkumných institucí zabývajících se geologickým ukládáním CO2. Jedním z výsledků projektu byl vstup ČGS do networku CO2GeoNet - Evropské sítě excelence pro geologické ukládání CO2. V letech 2015-2016 ČGS stála v čele velkého česko-norského projektu REPP-CO2 (Příprava výzkumného pilotního projektu geologického ukládání CO2 v České republice), financovaného z Norských fondů, jehož hlavním cílem bylo posunout úroveň technologické připravenosti geologického ukládání CO2 v ČR na novou, vyšší úroveň. V období 2016-2020 spolupracuje ČGS na řešení evropského projektu ENOS (ENabling Onshore CO2 Storage).

Odborná podpora MŽP

Důležitou úlohou ČGS jako státní geologické služby je odborná podpora jejího zřizovatele – Ministerstva životního prostředí – v otázkách souvisících s CCS. Tato podpora ve formě konzultací a odborných studií našla významné uplatnění zejména v období let 2009–2010 při implementaci Evropské směrnice o geologickém ukládání oxidu uhličitého (2009/31/ES) do české národní legislativy.

Trojrozměrný model akviferů středočeské permokarbonské pánve – potenciálních úložišť CO₂