Evropa odstraní uhlík

ABSTRACT: The 2040 climate target proposed by the European Commission aims at a 90 % decrease in emissions compared to 1990 and bets on annual carbon removals of up to 400 Mt CO₂e by that date. However, current Carbon Capture and Storage projects achieve removals of only thousands of tonnes and have high energy consumption, so that capturing 1 tCO₂e costs 800–900 USD.

CDR se dále dělí na průmyslovou (včetně přímého zachycování a ukládání vzduchu) a pozemní, přičemž návrh požaduje celkové množství odstranění uhlíku až 400 Mt CO₂. Nově vydaná strategie řízení průmyslového uhlíku rovněž poukazuje na potřebu jak rozsáhlého zachycování a ukládání uhlíku (CCS), tak odstraňování uhlíku.

ISLAND JAKO PRŮKOPNÍK

Tento klimatický cíl jistě vyvolá řadu polemik a bouřlivých střetů. Některé firmy však tuto strategii vítají. Především ty, které se zaměřily na technologii CDR. Jednou z nich je švýcarská společnost Climeworks, jež stojí v čele nového odvětví, odstraňování uhlíku, které umožňuje technologie „přímého zachycování vzduchu“ (DAC). Proces zahrnuje specializované houbovité filtry, které zachycují a vážou molekuly CO₂ ze vzduchu. Ty se poté zahřívají, aby se uvolnil zachycený plyn, a nakonec se ukládají hluboko pod zem.

Zatímco snižování uhlíkových emisí je „90 procent cesty“, Climeworks se zaměřuje na posledních 10 procent – odstranění uhlíku z atmosféry. V současné době jsou k dispozici pouze dvě možnosti – sázení stromů nebo odstraňování CO₂ ze vzduchu a jeho ukládání pod zem, případně jeho využívání pro technologické procesy. Celkové objemy, které musí být odstraněny ze vzduchu pomocí jeho technologie, se odhadují na 5 až 15 miliard tun ročně do roku 2050.

Za senzaci označili novináři zařízení DAC Orca společnosti Climeworks na Islandu, které zahájilo provoz v roce 2021. V současnosti odstraňuje několik tisíc tun emisí ročně. Nyní pokračuje výstavba druhého závodu na Islandu. Nese označení Mammoth, má začít fungovat letos a jeho kapacita bude 30 000 až 40 000 tun.

Zařízení DAC Orca na Islandu zahájilo provoz v roce 2021.

Zdroj: Climeworks

A CO AMERIKA

Pozadu nezůstávají ani Spojené státy. Například Climeworks získal podporu amerického Ministerstva energetiky ve výši 600 mi­lionů dolarů na vybudování dalšího desetkrát většího zařízení v USA. Americká společnost 1PointFive buduje v Texasu zařízení STRATOS, které má zahájit provoz v roce 2025. Bude zachycovat až 500 000 tun CO₂ ročně – což je významná změna proti 36 000 tunám v závodu Mammoth.

Další americký projekt nazvaný Bison, je největším plánovaným DAC. Společnost CarbonCapture, zabývající se ekologickými technologiemi, a Frontier Carbon Solutions, vývojář ukládání uhlíku, chtějí, aby tento projekt byl funkční do konce roku 2024 a odstranil 5 milionů metrických tun atmosférického oxidu uhličitého ročně do roku 2030. Očekává se, že v této první fázi odstraní přibližně 10 000 tun ročně. To by bylo ekvivalentní k vymazání ročních emisí více než 12 elektráren na zemní plyn. Společnosti požádaly o finanční prostředky z programu centra DAC Ministerstva energetiky v hodnotě 3,5 miliardy dolarů.

Firma popisuje svůj systém jako „hluboce modulární“. Reaktory se zasouvají do modulů o velikosti přepravního kontejneru, které lze skládat do vrstev. To umožňuje například upgrady jednotlivých reaktorů nebo různé typy plug-and-play sorbentových kazet, které lze zasunout tak, aby vyhovovaly různým klimatickým podmínkám nebo ročním obdobím. Tyto moduly lze seskupit do klastrů, aby sdílely zdroje, jako je elektřina a teplo, a tyto klastry pak lze škálovat do gigantických polí.

CarbonCapture říká, že neexistují žádné praktické limity, pokud jde o rozšiřování projektu, a plánuje to udělat právě tak, aby do roku 2026 odstranil 200 000 tun ročně, jednu megatunu ročně do roku 2028 a poté pět megatun ročně do roku 2030. Je velmi pravděpodobné, že projekt Bison bude největším samostatným projektem odstraňování uhlíku z atmosféry na světě.

Obdobný závod společnosti Global Thermostat poblíž Denveru dokáže zachytit asi 1 000 tun CO₂ ročně. Pilotní projekt dokazuje, že technologie může fungovat ve velkém měřítku. Začátkem loňského prosince odhalilo vedení společnosti veřejnosti unikátní nové řešení Direct Air Capture, které přeskupuje jednotlivé segmenty tak, aby zachytily více než 1 milion metrických tun oxidu uhličitého ročně. To představuje kvantový skok v tom, kolik oxidu uhličitého mohou zákazníci odstranit z atmosféry pro své potřeby. Patentované řešení se skládá z vysoce účinných ventilátorů, které táhnou vzduch přes stykače s ultra velkou povrchovou plochou, kde povrchová geometrie a vložený pevný sorbent byly navrženy pro optimalizaci zachycování CO₂. Nízkoteplotní teplo pak rychle uvolňuje CO₂ pro dlouhodobé skladování nebo opětovné použití.

Nová konstrukce vychází z osvědčeného předchozího řešení. Nejvýznamnějším rozdílem je velikost, architektura a škálovatelnost. Konstrukce obsahuje větší kruhové moduly, které lze smontovat na místě projektu. Celková kapacita zařízení pro zachycování CO₂ se může relativně snadno rozšířit od desítek tisíc tun až po miliony tun ročně.

INOVACE POKRAČUJÍ

Základy přímého zachycení vzduchu jsou poměrně standardní obrovská zařízení s masivními ventilátory nasávajícími vzduch k odstranění CO₂, obvykle v odlehlé krajině. Existuje řada technologií, ale všechny se snaží snížit vysoké energetické potřeby, a tím i náklady na DAC.

Klíčový rozdíl je mezi vysokoteplotním a nízkoteplotním DAC. Dvě ze tří nejvíce zavedených společností DAC, švýcarská Climeworks a Global Thermostat se sídlem v Coloradu, používají nízkoteplotní technologie, které přitahují molekuly CO₂ na povrch sorbentu. „Působí jako houba, která nasává CO₂ z atmosféry,“ říká Christoph Gebald, generální ředitel Climeworks. „Když je sorbent nasycený, zahřejeme ho na 100 °C, tím se uvolní zachycený oxid uhličitý, který můžeme vysát ze systému.“

Jinou cestu si vybrala společnost Carbon Engineering se sídlem v Britské Kolumbii. Používá kapalné rozpouštědlo, které absorbuje CO₂ a poté se přemění na uhličitan vápenatý. Aby se uvolnil CO₂, musí se však zahřát na 900 °C. Výhodou nízkoteplotního procesu je, že vyžaduje méně energie k zajištění tepla a může využívat širokou škálu zdrojů tepla, včetně odpadního tepla z průmyslových zařízení, elektráren a tepláren, stejně jako tepelných čerpadel a geotermálních zdrojů.

Norský Removr využívá technologie založené na zeolitu, jež je v současné době nasazena ve čtvrtém provozním pilotním projektu DAC. Zařízení s kapacitou 50 tun za rok vyvinuté technologickým partnerem GreenCap Solutions se nachází poblíž Stavangeru v Norsku. Zeolity jsou materiály, které mají afinitu k vodě i CO₂. Mají malé póry, což znamená, že na jednotku zpracovaného vzduchu lze zachytit více uhlíku. Membránové separační techniky, které využívají zeolity, jsou považovány za energeticky účinnější než konvenční separační techniky, jako je aminová absorpce, kde aminy absorbují CO₂ za vzniku rozpustné uhličitanové soli. Absorpční techniky však vyžadují vyšší teploty pro uvolnění CO₂ z roztoku pro zachycení.

Další slibnou možností je elektro-swingová adsorpce. Tato technika využívá materiály, jejichž afinita k CO₂ závisí na použití napětí. Když se připojí na elektřinu, dojde k chemické změně v materiálu, která způsobí, že zachytí CO₂. Když se odstraní napětí, uvolní se CO₂. Electro-swing adsorpce zcela eliminuje požadavky na tepelnou energii a podle některých průmyslových projekcí potenciálně snižuje celkové energetické požadavky.

Americký projekt Bison je největším plánovaným DAC. Provozní energii budou zajišťovat solární panely. 

Zdroj: CarbonCapture

ÚČINNOST JE ZATÍM NÍZKÁ A SPOTŘEBA ENERGIE OBROVSKÁ

„Spotřeba energie může být pro jakoukoli technologii DAC zásadní,“ říká ředitel Gebald. „Každá technologie, která je o několik procentních bodů energeticky účinnější, bude z dlouhodobého hlediska konkurenceschopná. Vzhledem k tomu, že CO₂ tvoří pouze 0,04 % atmosféry, je kapacita pro snížení spotřeby energie omezená. V současné době pracujeme s nízkou jednocifernou procentuální energetickou účinností, která je srovnatelná s počátky solární a větrné energie.“

Díky výzkumu a vývoji by energetická účinnost mohla reálně dosáhnout 20 %, po podobné trajektorii jako solární energie, a díky úsporám nákladů díky škálování nákladů na technologii Climeworks by mohla klesnout z téměř 1 000 USD za tunu CO₂ na 400 až 500 USD do roku 2040.

Společnost Climeworks si pro stavbu Orca vybrala Island kvůli jeho geotermální energii, která poskytuje dostatek tepla a elektřiny potřebné k provozu záchytného zařízení. Levná geotermální energie však není dostupná všude. Například v projektu Cypress v Louisianě však poskytne zelenou elektřinu pro provoz DAC solární a větrná energie.

Dalším slibným zdrojem cenově dostupné energie je odpadní teplo z jaderných elektráren. Ve Spojeném království staví jaderná elektrárna Sizewell C a Associated British Ports demonstrační projekt DAC. Zařízení na odstraňování CO₂ pomocí odpadního tepla z elektrárny má být plně funkční do roku 2034.

Zatímco náklady na odstranění CO₂ z atmosféry se v současné době pohybují kolem 800 až 900 USD za tunu, odborníci věří, že realistický dlouhodobý odhad je 200 až 300 USD za tunu. Pokud se tato cena vynásobí předpokládanou potřebou odstranit 5 až 15 miliard tun uhlíku ročně do roku 2050, může se hovořit o trhu, který bude v podstatě za 30 let tak velký, jako je dnes trh s ropou a plynem.

Princip projektu Bison

Zdroj: CarbonCapture