Geologické ukládání CO₂

Co je CO₂?

CO2 je dnes hlavním skleníkovým plynem vznikajícím v důsledku lidské činnosti a všeobecně je považován za jednoho z hlavních viníků probíhajících klimatických změn.
Například pouze v ČR se lidskou činností ročně uvolní do ovzduší asi 127 milionů tun CO2. Zhruba 40 % tohoto objemu pochází z energetiky, po níž následují průmysl, doprava a domácnosti. Celosvětově činí množství CO2 vypouštěného vlivem lidské činnosti do atmosféry 30 miliard tun ročně; pouze polovinu tohoto množství přitom přirozeně pohltí oceány, půda a lesy. Dvě třetiny všech emisí CO2 pochází z průmyslových zařízení: uhelných a plynových elektráren, hutí, cementáren, rafinerií apod.

Koloběh uhlíku na naší planetě.

Proč je CO₂ problém?

CO2 je skleníkový plyn, který zadržuje část slunečního záření, čímž způsobuje ohřívání zemského povrchu. Množství oxidu uhličitého (CO2) vypouštěného do ovzduší se ve srovnání s 19. stoletím výrazně zvýšilo. Hlavním důvodem je neustále rostoucí spotřeba fosilních paliv (ropy, zemního plynu a uhlí) v průmyslu, dopravě i domácnostech. Fosilní paliva obsahují uhlík – při jejich spalování se pak utváří CO2 a v kouři vycházejícím z továrních komínů, kotlů a výfuků motorových vozidel se dostává do atmosféry.

Nebudou-li rychle přijata opatření k radikálnímu omezení emisí CO2, vzroste podle analýz IPCC, mezinárodního panelu odborníků na změny klimatu, do roku 2100 průměrná teplota na zemském povrchu o 2,4 °C až 6,4 °C. Již nárůst o 2 °C se přitom považuje za změnu, která by pro lidstvo a životní prostředí mohla mít kritické důsledky. Abychom překročení této hranice zabránili, je třeba nejpozději do roku 2050 snížit celosvětové emise CO2 alespoň o 50 %.

Co s tím můžeme dělat?

Potřebného masivního snížení emisí CO2 nelze dosáhnout jen pomocí jediného řešení. Podle Mezinárodní energetické agentury by 38 % potřebného snížení emisí do roku 2050 mohlo být dosaženo díky úsporám energie a 17 % využíváním obnovitelných zdrojů energie.

Dalším řešením je zachytávání CO2 vypouštěného velkými průmyslovými provozy a jeho následné trvalé ukládání do hornin hluboko pod zemským povrchem, kde bude izolován od atmosféry. Podle současných znalostí by zachytávání a ukládání CO2 mohlo zajistit až 19 % potřebného snížení emisí do roku 2050.

Je zajímavé, že podzemní ukládání CO2 není lidským vynálezem, ale že jde o zcela přírodní a široce rozšířený jev, jak dokazují přirozená ložiska CO2, která v přírodě existují po tisíce a miliony let.

Proces zachytávání a ukládání CO2.

Co je geologické ukládání CO₂?

Jedná se o proces, kdy je CO2 po zachycení v průmyslovém zařízení stlačen do podoby husté tekutiny (zabírá tak výrazně menší objem než v plynném skupenství), přepraven k vhodnému úložišti a pak injektován do úložné formace pomocí jednoho nebo více vrtů.

Jak geologické ukládání CO₂ probíhá?

Díky několika inovativním technologiím je dnes možné CO2 oddělovat od jiných plynů z průmyslových spalin a stlačit jej, aby zabíral méně místa. Potrubím nebo lodí se pak přepraví na místo podmořského či pevninského úložiště a pomocí speciálních vrtů vtlačí hluboko pod zemský povrch. Tuto metodu lze přitom nejlépe využít u průmyslových zařízení vypouštějících více než 100 000 tun CO2 za rok.

Injektáž CO2 do rezervoáru. Při injektáži do podzemí se v hloubce kolem 0,8 km CO2 stává hustou, superkritickou tekutinou. Jeho objem dramaticky klesá z 1000 m3 na povrchu na 2,7 m3 ve dvoukilometrové hloubce. To je jeden z faktorů, které činí geologické ukládání velkých množství CO2 tak atraktivním.

Geologické ukládání CO2: Z průmyslových provozů ke geologickému úložišti.

Kde může být CO₂ ukládán?

CO2 musí být ukládán do hloubek více než 800 metrů, aby se zvýšila jeho hustota a snížil objem. Lokality vhodné k ukládání CO2 zahrnují například:

• Hluboké slané akvifery: jedná se o porézní vrstvy hornin obsahující slanou vodu (tzv. solanku) nevhodnou ke spotřebě. Tyto struktury mají potenciálně největší kapacitu pro ukládání CO2.
• Vytěžená ložiska uhlovodíků (ropy a zemního plynu).
• Uhelné sloje nacházející se příliš hluboko na to, aby mohly být těženy.
• Specifické druhy hornin, například čedič. Na světě se nachází obrovské množství potenciálních úložišť CO2; jejich celková úložná kapacita se odhaduje až na 10 bilionů tun.

Průřez podzemním úložištěm CO2 ve slaném akviferu, zobrazující jednotlivé nepropustné vrstvy, jež se střídají s vrstvami porézními a propustnými.

Co se děje potom?

Vezměme si příklad ukládání ve slaném akviferu. Injektovaný CO2 je lehčí než voda a vystoupá až na hranici s nepropustnou těsnicí horninou, která mu v dalším vzestupu brání. Určitá část plynu se zachytí v nejmenších (mikroskopických) pórech propustné horniny. Další část plynu se rozpustí v solance a má tendenci klesat ke dnu rezervoáru.

Vertikální řez úložištěm Sleipner, Norsko. Zemní plyn je těžen z hloubky 2500 m; obsahuje několik procent CO2, který se musí odstranit, aby plyn vyhovoval komerčním standardům. Namísto vypouštění do atmosféry se zachycený CO2 injektuje do pískovcového akviferu* Utsira v hloubce přibližně 1000 m.

Rozpuštěný CO2 pomalu reaguje s horninovým prostředím rezervoáru a v průběhu několika tisíc let postupně utvoří nové minerální látky. Na různých místech probíhá každý z těchto procesů s různou intenzitou, která závisí na konkrétních geologických podmínkách v dané lokalitě.

Je to bezpečné?

Při zachytávání CO2 a jeho ukládání pod zem se využívají nové technologie, které v průběhu celého procesu musí splňovat bezpečnostní kritéria – a to jak na zemském povrchu, tak pod ním, v krátkodobém i dlouhodobém horizontu. Bezpečnostní systémy pro zachytávání a přepravu CO2 jsou již dobře prověřeny; jsou zakotveny v průmyslových normách a legislativě pro průmyslová zařízení. Geologické ukládání CO2 je konceptem novějším a řídí se evropskou směrnicí z roku 2009, která byla převedena do našich právních předpisů.

Tato směrnice vyžaduje, aby uložení CO2 bylo trvalé, ekologicky bezpečné a zamezovalo výstupu CO2 směrem k povrchu, to vše navíc bez narušení horninového prostředí. U každé potenciální lokality pro umístění úložiště se posuzuje, zda splňuje všechny tyto podmínky bezpečnosti, zejména pak požadavky geologické stability (nízké seizmické riziko) a nepropustnosti těsnicích hornin.

Jak během injektáže CO2, tak po uzavření úložiště se dodržují přísná opatření pro prevenci rizik. Před začátkem injektáže a několik desítek let po uzavření úložiště probíhá monitorování lokality pomocí řady různých nástrojů. Cílem tohoto pozorování je sledovat změny odehrávající se v úložišti a ověřit, že nedochází k žádným únikům. Je-li v jakékoliv z nadložních vrstev zjištěna přítomnost unikajícího CO2, přijmou se příslušná nápravná opatření – dříve, nežli plyn vystoupá až na povrch.

Geologické ukládání CO₂ ve světě

Od 90. let 20. století běží v Evropě, USA, Kanadě, Austrálii a Japonsku velké výzkumné programy zaměřené na CCS. Mnoho znalostí už bylo také získáno v rámci prvních světových demonstračních projektů velkého měřítka, kde se CO2 ukládá hluboko do země už řadu let; z takových projektů je dnes v provozu 15. Mezinárodní spolupráce v oboru geologického ukládání CO2 je obzvlášť důležitá pro rozšíření našich znalostí a rozvoj světové vědecké komunity zaměřené na tuto problematiku.

Pevná technologická základna už existuje a svět nyní směřuje do demonstrační fáze CCS. Vedle technologického vývoje se dnes vytvářejí příslušné legislativní, regulatorní, ekonomické a politické rámce a posuzuje se sociální vnímání a podpora.

Geologické ukládání CO₂ v ČR

Na území ČR se struktury vhodné pro geologické ukládání CO2 také vyskytují. Úložná kapacita hlubokých akviferů byla předběžně odhadnuta na 760–2860 milionů tun. Poměrně malé množství CO2 je potenciálně možné uložit také do vytěžených ložisek ropy a plynu. V současnosti probíhají přípravné práce pro realizaci případného pilotního projektu ukládání CO2 do vytěženého ložiska ropy.

Česká geologická služba ve spolupráci s norským partnerem International Research Institute of Stavanger zahájila v roce 2015 realizaci projektu, jehož cílem je ověřit technologii ukládání CO2 v reálném geologickém prostředí na území České republiky. Jde zatím o přípravnou fázi, jež má posoudit možnosti praktického využití technologie CCS (CO2 Capture and Storage – zachytávání a ukládání oxidu uhličitého) u nás a zvýšit povědomí veřejnosti i pracovníků státní správy o této problematice (Tisková zpráva o přípravě výzkumného pilotního projektu geologického ukládání CO2).

SOUBORY

Odkazy

DALŠÍ ZAJÍMAVÉ ODKAZY