Technologie pochłaniania dwutlenku węgla (carbon capture)

Technologie pochłaniania CO₂ (ang. carbon capture technologies) to zestaw metod, które umożliwiają wychwytywanie dwutlenku węgla z emisji punktowych (np. kominów elektrowni czy zakładów przemysłowych), a także bezpośrednio z atmosfery. Następnie CO₂ może zostać przechowany lub wykorzystany w dalszych procesach technologicznych.

Dzięki tym technologiom możliwe jest znaczne ograniczenie emisji netto i osiągnięcie neutralności klimatycznej. Stanowią one także uzupełnienie dla działań zwiększających efektywność energetyczną oraz rozwoju odnawialnych źródeł energii.

Technologie pochłaniania dwutlenku węgla można podzielić na trzy główne kategorie:

CCS – Carbon Capture and Storage (wychwytywanie i składowanie CO₂)

W technologii CCS najważniejszym elementem jest długoterminowe i bezpieczne magazynowanie CO₂. Po wyłapaniu, gaz jest sprężany do postaci ciekłej i transportowany rurociągami lub cysternami do miejsca jego składowania, najczęściej pod powierzchnią ziemi. Zwykle wykorzystywane są do tego wyeksploatowane złoża ropy i gazu, głębokie formacje geologiczne oraz słoneczne akweny podziemne, zdolne do trwałego uwięzienia CO₂. Zaletą CCS jest potencjał do redukcji emisji na dużą skalę, zwłaszcza w przemysłach energochłonnych, takich jak cementownie, huty czy elektrownie węglowe. Jednak jednocześnie jest to technologia kosztowna, wymagająca dużych inwestycji w infrastrukturę, systemy monitorowania i długofalowego nadzoru.

CCU – Carbon Capture and Utilization (wychwytywanie i wykorzystanie CO₂)

CCU polega na przekształcaniu wychwyconego dwutlenku węgla w produkty użytkowe, co pozwala nie tylko na ograniczenie emisji, ale także na uzyskanie wartości dodanej z CO₂. W praktyce wykorzystanie może przybierać różne formy – od zastosowania CO₂ jako surowca w przemyśle chemicznym do produkcji metanolu, poliuretanów czy kwasu salicylowego, po mineralizację, czyli przekształcanie CO₂ w trwałe węglany stosowane w budownictwie, np. jako domieszka do betonu. Coraz większą popularność zyskują również innowacje wykorzystujące CO₂ do produkcji paliw syntetycznych w połączeniu z wodorem wytworzonym z odnawialnych źródeł energii. Choć CCU nie zawsze prowadzi do trwałego uwięzienia węgla – ponieważ część produktów może w końcu ponownie uwalniać CO₂ – to jednak wpisuje się w model gospodarki o obiegu zamkniętym i oferuje perspektywy komercjalizacji, które czynią ją bardziej atrakcyjną ekonomicznie w krótkim okresie.

DAC – Direct Air Capture (bezpośrednie wychwytywanie z powietrza)

To nowoczesna technologia, która usuwa CO₂ bezpośrednio z atmosfery. Powietrze przepuszczane jest przez sorbenty chemiczne lub fizyczne, które wiążą CO₂. Choć technologia ta ma ogromny potencjał, obecnie jest kosztowna i znajduje się na wczesnym etapie wdrożeń. W tym przypadku powietrze atmosferyczne przepuszczane jest przez filtry lub sorbenty, które selektywnie wiążą dwutlenek węgla. Po nasyceniu materiału, CO₂ jest odzyskiwany i może być magazynowany lub przetwarzany. DAC to rozwiązanie pozwalające na usuwanie już wyemitowanego CO₂, co czyni je ważnym narzędziem do osiągnięcia ujemnych emisji, jednak ze względu na niskie stężenie CO₂ w powietrzu, jest to technologia bardzo energochłonna i kosztowna.

W ramach CCS i CCU stosuje się różne techniki wychwytywania dwutlenku węgla, w zależności od źródła emisji:

• absorpcja chemiczna – wykorzystuje roztwory amin do wiązania CO₂; najczęściej stosowana w instalacjach przemysłowych,
• adsorpcja fizyczna – CO₂ przywiera do powierzchni materiałów porowatych, np. węgla aktywnego lub zeolitów,
• membrany separacyjne – selektywnie przepuszczają CO₂ z mieszaniny gazów,
• kriogeniczna separacja – polega na schładzaniu gazów do bardzo niskich temperatur i oddzielaniu CO₂ w postaci ciekłej,
• reaktory biologiczne – np. uprawy alg, które wychwytują CO₂ z emisji spalin i przetwarzają go w biomasę.

Obie technologie – CCS i CCU – mogą być wdrażane w różnych gałęziach przemysłu. W sektorze energetycznym CCS stanowi narzędzie do dekarbonizacji elektrowni opartych na paliwach kopalnych. W cementowniach i stalowniach, gdzie emisje procesowe są trudne do wyeliminowania, wychwyt i składowanie CO₂ może znacząco obniżyć ślad węglowy produkcji. Z kolei CCU znajduje zastosowanie m.in. w przemyśle chemicznym, budowlanym, spożywczym (np. nasycanie napojów) oraz w rozwijających się sektorach paliw alternatywnych.

Mimo rosnącego zainteresowania, technologie wychwytywania CO₂ wciąż wiążą się z szeregiem wyzwań:

• wysokie koszty inwestycyjne i operacyjne - budowa instalacji CCS może kosztować setki milionów euro. Koszt wychwycenia jednej tony CO₂ waha się od 40 do 150 EUR, w zależności od źródła emisji i zastosowanej technologii,
• zużycie energii - proces wychwytu i sprężania CO₂ zwiększa zużycie energii zakładu. Oznacza to większe zapotrzebowanie na energię i potencjalnie wyższe emisje pośrednie,
• potrzeba infrastruktury do transportu i składowania - aby CCS był skuteczny, niezbędna jest odpowiednia infrastruktura: sieci rurociągów, magazyny geologiczne oraz systemy monitoringu i kontroli,
• ryzyka środowiskowe i społeczne - niektóre społeczności lokalne są sceptyczne wobec składowania CO₂ pod ziemią – obawy dotyczą m.in. możliwości wycieku.

Obecnie tylko niektóre technologie pochłaniania CO₂ są ekonomicznie uzasadnione bez dodatkowych mechanizmów wsparcia. Ich opłacalność rośnie, gdy:

• obowiązuje system handlu emisjami (ETS) – wysoka cena uprawnień zachęca do redukcji emisji,
• dostępne są dotacje i mechanizmy wsparcia (np. z funduszy UE),
• CO₂ można sprzedać lub wykorzystać w dalszych procesach przemysłowych (np. produkcji paliw).

W dłuższej perspektywie, przy zaostrzeniu regulacji klimatycznych, technologie te mogą stać się nie tyle opcją, co koniecznością w wielu sektorach przemysłu ciężkiego.

W Europie i na świecie rozwija się coraz więcej projektów pochłaniania dwutlenku węgla, które mają na celu wychwytywanie i trwałe magazynowanie CO₂ z przemysłu i energetyki. Poniżej znajdziesz kilka najbardziej zaawansowanych i znaczących przykładów z Europy:

Northern Lights (Norwegia)

Northern Lights to międzynarodowy projekt z zakresu CCS realizowany w Norwegii, którego celem jest transport i trwałe składowanie dwutlenku węgla w podmorskich formacjach geologicznych znajdujących się pod dnem Morza Północnego. Projekt jest częścią szerszej norweskiej inicjatywy o nazwie Longship, wspieranej przez rząd Norwegii i stanowi jedno z pierwszych tego typu komercyjnych przedsięwzięć w Europie.

Northern Lights został uruchomiony wspólnie przez Equinor, Shell i TotalEnergies. W ramach projektu CO₂ wychwycony z zakładów przemysłowych (początkowo w Norwegii, a w przyszłości również w innych krajach UE) będzie skraplany i transportowany statkami do terminalu w Øygarden na zachodnim wybrzeżu Norwegii. Stamtąd trafi rurociągiem do wyznaczonej formacji skalnej pod dnem morskim, na głębokości ponad 2,5 km.

Northern Lights ma być neutralnym pod względem pochodzenia CO₂ „hubem” dostępnym dla wielu firm przemysłowych z Europy. Jego rolą jest umożliwienie redukcji emisji w sektorach, które trudno zdekarbonizować, takich jak przemysł cementowy, chemiczny czy rafineryjny. Projekt ma rozpocząć działalność operacyjną w 2025 roku, z planowaną początkową zdolnością magazynową 1,5 mln ton CO₂ rocznie, a w przyszłości możliwą do rozbudowy do 5 mln ton i więcej.

Porthos (Holandia)

Porthos (Port of Rotterdam CO₂ Transport Hub and Offshore Storage) to projekt CCS realizowany w porcie w Rotterdamie. Plan zakłada wychwytywanie CO₂ z zakładów przemysłowych w strefie portowej, przesyłanie go rurociągiem do platformy na Morzu Północnym i zatłaczanie do wyeksploatowanego złoża gazowego. Rozpoczęcie eksploatacji planowane jest na 2026 rok. Projekt ma mieć początkową zdolność magazynowania 2,5 mln ton CO₂ rocznie, z możliwością rozbudowy. W projekt zaangażowane są m.in. Air Liquide, ExxonMobil, Shell i Air Products.

Project Greensand (Dania)

Greensand to projekt CCS zainicjowany przez konsorcjum INEOS i Wintershall Dea. Celem jest zatłaczanie CO₂ do wyeksploatowanego pola naftowego Nini West na Morzu Północnym. W marcu 2023 r. zrealizowano pierwsze transgraniczne zatłoczenie CO₂ – był to pierwszy w historii przypadek magazynowania CO₂ w innym kraju UE niż jego pochodzenia, co miało duże znaczenie regulacyjne. Projekt ma docelowo magazynować do 8 mln ton CO₂ rocznie.

C4 (Czechy, Słowacja, Węgry, Polska – projekt badawczo-rozwojowy)

Choć Europa Środkowa nie ma jeszcze dużych komercyjnych instalacji CCS, trwają prace badawcze nad wspólną infrastrukturą wychwytu i transportu CO₂ w ramach projektów takich jak C4. Polska aktywnie bada możliwości geologicznego składowania CO₂, m.in. na Dolnym Śląsku i w rejonie Bełchatowa.

Technologie pochłaniania CO₂ stają się coraz bardziej istotnym elementem strategii nie tylko w UE, ale i na całym świecie. Choć obecnie ich wdrożenie wiąże się z dużymi nakładami inwestycyjnymi i szeregiem wyzwań technologicznych, ich rola w dekarbonizacji sektorów trudnych do elektryfikacji jest nie do przecenienia. Projekty realizowane w Europie, takie jak Northern Lights, Porthos czy Greensand, pokazują, że skala i ambicje związane z wychwytem i magazynowaniem dwutlenku węgla rosną. W nadchodzących latach rozwój infrastruktury, mechanizmów wsparcia i opłacalnych modeli biznesowych może przesądzić o szerszym zastosowaniu tych technologii także w Polsce i w zachodniej Europie.