CCS, CCU i CCUS – technologie wychwytywania i wykorzystania CO2

Technologia CCS

CCS (Carbon Capture and Storage) to technologia polegająca na wychwytywaniu CO2 ze źródeł emisji takich jak elektrownie czy zakłady przemysłowe, a następnie jego składowaniu pod ziemią, zamiast uwalniania do atmosfery. Ma to na celu ograniczenie emisji gazów cieplarnianych i łagodzenie zmian klimatycznych.

Jak działa CCS (Carbon Capture and Storage) – czyli trwała sekwestracja CO2

Pierwszym etapem jest wychwytywanie dwutlenku węgla. Jest on oddzielany od innych gazów w procesach przemysłowych lub spalania paliw kopalnych.

Metody wychwytywania dwutlenku węgla:

• metoda wtórna (post combustion) – zakłada wychwyt ze spalin, już po procesie spalania
• metoda pierwotna (pre-combustion) – gaz jest wychwytywany zanim dojdzie do jego spalenia, w procesie gazyfikacji surowca węglowodorowego dochodzi do powstania gazu syntezowego (CO i H₂), stanowiącego materiał do produkcji paliw
• spalanie w tlenie – spaliny w tym przypadku zawierają jedynie wodę i łatwy do przechwycenia dwutlenek węgla.

Następnie wychwycony CO2 jest transportowany (najczęściej rurociągami lub statkami) do miejsc składowania. Dwutlenek węgla jest wtłaczany pod ziemię, do formacji geologicznych, takich jak wyeksploatowane złoża ropy naftowej lub gazu lub do głębokich warstw skalnych.

Korzyści technologii CCS

CCS jest jedną z nielicznych technologii, które mogą radykalnie zmniejszyć emisje CO2 z sektorów, gdzie trudno je wyeliminować innymi metodami, np. w przemyśle cementowym czy hutniczym. Pomaga ograniczyć globalne ocieplenie i zakwaszanie oceanów. Może być stosowane w połączeniu z innymi technologiami, takimi jak wychwytywanie i wykorzystanie dwutlenku węgla (CCU).

Wyzwania związane z CCS

Implementacja technologii CCS wiąże się z wysokimi kosztami początkowymi.

Konieczne jest zapewnienie bezpieczeństwa składowiska, zagwarantowanie, że CO2 nie ucieknie z podziemnych magazynów.

To technologia ciągle rozwijana, nie stosowana jeszcze powszechnie na dużą skalę.

Technologia CCU

Carbon Capture and Utilisation (CCU) to proces polegający na przechwytywaniu dwutlenku węgla ze spalin i jego dalszym zagospodarowaniu. Stanowi alternatywę dla technologii CCS. W przeciwieństwie do sekwestracji CO2, metoda CCU koncentruje się na ponownym wykorzystaniu przechwyconego dwutlenku węgla poprzez jego przekształcanie w inne materiały lub produkty, takie jak beton, tworzywa sztuczne czy biopaliwa.

Przemysłowe systemy CCU wykorzystują różnorodne techniki, takie jak chemiczna absorpcja, adsorpcja na stałych powierzchniach czy zastosowanie membran selektywnych. Celem każdej z nich jest jak najefektywniejsze wychwytywanie dwutlenku węgla. Po jego odseparowaniu następuje etap przetwarzania, który pozwala na zastosowanie CO2 w różnych gałęziach gospodarki. Dzięki temu rozwiązaniu możliwe jest nie tylko ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, lecz także rozwój nowych, zrównoważonych kierunków w przemyśle.

Zastosowanie wychwyconego CO2

Przykładowe przeznaczenia CO2 to:

• czynnik chłodniczy
• przemysł spożywczy: karbonizacja napojów, dekofeinizacja kawy, przechowywanie (czynnik chłodzący, izolator w termosach)
• rolnictwo: wpompowany do silosu zwalcza owady, stymuluje wzrost roślin w szklarniach
• obróbka metali: chroni jeziorko spawalnicze przed utlenianiem w metodzie obróbki mig/mag, przyspiesza spawanie, utwardza formy odlewnicze
• przemysł chemiczny: produkcja metanolu i mocznika, puszki z aerozolem
• budownictwo: usuwanie farb
• służba zdrowia: wspomaganie oddychania.

Korzyści technologii CCU

Wykorzystanie wychwyconego dwutlenku węgla może przyczynić się do produkcji paliw syntetycznych, które stanowią alternatywę dla tradycyjnych paliw kopalnych, wytwarzania chemikaliów czy materiałów budowlanych.

Dzięki technologii CCU przemysł może nie tylko ograniczyć emisję gazów cieplarnianych, ale także stworzyć zrównoważone produkty.

Zmniejsza się ślad węglowy przemysłu, przyczyniając się do poprawy jakości powietrza i ograniczenia globalnego ocieplenia.

Wyzwania związane z CCU

Jedną z głównych barier w upowszechnianiu tej technologii w sektorze przemysłowym są znaczne nakłady finansowe związane z jej uruchomieniem. Konieczność zakupu nowoczesnych urządzeń i budowy specjalistycznych instalacji sprawia, że wiele firm nadal zwleka z pełnym zastosowaniem rozwiązań CCU.

Kolejnym wyzwaniem jest potrzeba udoskonalenia mechanizmów wychwytywania i dalszego przetwarzania dwutlenku węgla. Oznacza to konieczność opracowania bardziej wydajnych technologii i innowacyjnych materiałów, które poprawią skuteczność procesu i jednocześnie zredukują koszty operacyjne.

Technologia CCUS

CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage) to zaawansowana technologia środowiskowa, która łączy wychwytywanie, wykorzystywanie oraz magazynowanie dwutlenku węgla (CO2). Jej głównym celem jest redukcja emisji gazów cieplarnianych pochodzących z przemysłu i energetyki, co wspiera walkę ze zmianami klimatu.

CCUS obejmuje trzy etapy:

• wychwytywanie CO2 – odbywa się bezpośrednio z gazów spalinowych lub powietrza, przy użyciu metod takich jak absorpcja chemiczna, adsorpcja na materiałach stałych, separacja przy pomocy membran, wychwyt bezpośredni z powietrza (DAC – Direct Air Capture)
• wykorzystanie CO2 (CCU) – zamiast magazynowania, CO2 może być ponownie użyty np. do produkcji paliw syntetycznych, tworzyw sztucznych, betonu, nawozów, uprawy alg (do biopaliw i suplementów), procesów przemysłowych (np. chłodnictwo, gazowanie napojów)
• składowanie CO2 (CCS) – nadmiar niewykorzystanego dwutlenku węgla może być wtłaczany pod ziemię do struktur geologicznych (np. wyczerpanych złóż ropy/gazu), przechowywany w warstwach solnych, bazaltowych, morskich.

Technologię CCUS wdraża się głównie w:

• elektrowniach węglowych i gazowych,
• zakładach chemicznych i petrochemicznych,
• cementowniach i stalowniach,
• instalacjach do produkcji wodoru.

Korzyści technologii CCUS

Jako że CCUS stanowi połączenie opisanych powyżej technologii, niesie za sobą również ich wspólne korzyści. To zatem:

• redukcja emisji CO2 w sektorach trudno dekarbonizowalnych (cementownie, rafinerie, hutnictwo)
• możliwość ponownego wykorzystania CO2 jako surowca
• wsparcie dla osiągnięcia celów klimatycznych (neutralność klimatyczna)
• technologia kompatybilna z istniejącą infrastrukturą przemysłową
• otwiera nowe możliwości biznesowe i innowacyjne gałęzie gospodarki.

Wyzwania związane z CCUS

Wdrożenie technologii CCUS to ciągle ogromne koszty inwestycyjne i eksploatacyjne.

Złożona logistyka transportu i magazynowania CO2 i wysokie ryzyko środowiskowe przy podziemnym składowaniu (np. nieszczelność) powodują, że jest potrzeba rozwoju bardziej wydajnych i tanich metod wychwytu.

Niska świadomość społeczna i ograniczone wsparcie regulacyjne powodują, że technologia nie jest stosowana na szeroką skalę.

Znaczenie CCS, CCU i CCUS dla polski i UE

Dla Unii Europejskiej technologie takie jak CCS, CCU i CCUS odgrywają kluczową rolę w dążeniu do neutralności klimatycznej. Mają one szczególne znaczenie dla państw, których gospodarki w dużej mierze opierają się na paliwach kopalnych – na przykład Polski – ponieważ umożliwiają im skuteczną realizację polityki klimatycznej. W polskich warunkach, z uwagi na dominującą pozycję węgla w produkcji energii, wdrożenie technologii CCS i CCUS może mieć szczególne znaczenie dla sektora energetycznego i przemysłu ciężkiego.

Fot. Freepik