Wielu specjalistów uważa, że bez technologii ujemnych emisji dwutlenku węgla (tzw. NETs) nie uda nam się osiągnąć założeń Porozumienia Paryskiego [1]. Jeśli chcemy uniknąć katastrofalnego w skutkach wzrostu temperatury o 2°C, oprócz ograniczania emisji musimy zacząć aktywnie usuwać CO2 z atmosfery. Jednym z rozpatrywanych w tym kontekście rozwiązań są tzw. technologie DAC (Direct Air Capture). Ich zadaniem jest wyłapywanie CO2 bezpośrednio z powietrza, kondensowanie go i przetwarzanie lub przechowywanie w bezpieczny sposób. Technologii w obrębie DAC i kreatywnych sposobów na ich dalsze przetwórstwo mamy całkiem sporo. Warto je znać, ale dobrze jest oceniać je z dystansem i zdrowym sceptycyzmem.
Jak działa DAC?
Główną rolą najbardziej rozwiniętych do tej pory technologii DAC jest wychwytywanie z atmosfery dwutlenku węgla i tworzenie bardziej skoncentrowanego jego strumienia za pomocą płynnych lub stałych sorbentów [2]. Sorbenty mają za zadanie odseparować CO2 z mieszaniny gazów, powietrza, a następnie, pod wpływem działania temperatury, uwolnić go w formie oczyszczonej. Niezależnie od zastosowanej technologii (a jest ich wiele), wytworzone w ten sposób, skoncentrowane CO2 ma być wykorzystane do procesów produkcyjnych lub w inny sposób bezpiecznie składowane (zazwyczaj głęboko pod ziemią).
Praktyczne zastosowania CO2 uzyskanego dzięki DAC obejmują m.in.:
- produkcję bionawozów;
- produkcję materiałów budowlanych;
- odsalanie wody;
- intensyfikację wydobycia ropy naftowej;
- produkcję żywności i gazowanych napojów;
- wzbogacanie powietrza w szklarniach;
- produkcję syntetycznych paliw.
Niektóre z tych zastosowań są, naturalnie, wątpliwe jeśli chodzi o ich wpływ na środowisko. Pochłanianie CO2 z powietrza, żeby dalej wydobywać dzięki niemu paliwa kopalne, wydaje się wręcz sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem – i jako takie jest nierzadko krytykowane. Sceptycyzm jest jak najbardziej wskazany, ale bynajmniej nie oznacza to, że każde rozwiązanie jest na dłuższą metę bezsensowne.
Zakłady DAC na świecie
Zakłady pochłaniające nadmiarowy CO2 z powietrza funkcjonują już – z całkiem niezłymi wynikami – w kilku krajach na świecie.
W implementacji technologii DAC przoduje na ten moment kilka przedsiębiorstw. Jednym z nich jest szwajcarska firma Climeworks. To właśnie ona, w 2017 roku – jako pierwsza na świecie – zbudowała komercyjną instalację DAC na dachu spalarni odpadów w Zurychu [3]. We wrześniu bieżącego roku ta sama firma otworzyła jeszcze większy zakład DAC, tym razem na Islandii. “Orca”, bo tak nazywa się nowy projekt Climeworks, składa się z 8 kolektorów. Każdy z nich jest zdolny do pochłaniania 500 ton CO2 rocznie (łącznie 4 tys. ton każdego roku). Dzięki rozwiązaniom dostarczonym przez Carbfix, wyciągnięty z powietrza CO2 jest zamykany głęboko w ziemi pod postacią minerałów. Na tysiące lat. Energia niezbędna do wychwycenia i zmagazynowania CO2 w zasobach geologicznych pozyskiwana jest z elektrowni geotermalnej.
Równie – a może nawet bardziej – wielkoskalowe cele ma kanadyjska firma Carbon Engineering, która pochłanianiem CO2 z powietrza zajmuje się już od 2015 roku. Na najbliższe 4 lata ma bowiem zaplanowane dwa duże przedsięwzięcia – jeden zakład DAC w Stanach Zjednoczonych i jeden w Szkocji. Każdy z nich ma pochłaniać ok. miliona ton CO2 rocznie [4]. W przeciwieństwie do “Orca” na Islandii, zakłady tworzone przez Carbon Engineering do tej pory wykorzystywały wyizolowany dwutlenek węgla do tworzenia paliw syntetycznych. Nowe zakłady będą już magazynować go pod ziemią.
Większych lub mniejszych inicjatyw tego typu, które już dzisiaj pracują i aktywnie usuwają dwutlenek węgla z powietrza, jest na świecie całkiem sporo. Amerykańska firma Global Thermostat popularyzuje modułowe instalacje DAC dla przedsiębiorstw, które wykorzystują CO2 do procesów produkcyjnych – jednocześnie traktując ten antropogeniczny gaz cieplarniany jako zasób, który można poddać recyklingowi.
Pochłanianie CO2 o krok dalej
Niewielka i relatywnie nowa na rynku firma Noya przerabia z kolei istniejące już wieże chłodnicze na urządzenia do wychwytywania CO2. Zasadniczo każdy zakład, który dysponuje takimi wieżami, może przerobić je na efektywne urządzenia DAC. Co więcej, jeśli Noya znajdzie kupca, zakład taki może dostawać wynagrodzenie za wyciągnięty z powietrza i sprzedany dwutlenek węgla.
Niektórzy, oprócz wydajności, stawiają na innowacyjność. Tak na przykład przedstawiciele Center for Negative Carbon Emissions na Arizona State University w kolaboracji z Carbon Collect postanowili stworzyć “mechaniczne drzewa”. Mimo, że projekt jest jeszcze w fazie prototypowej, już ma znaczną przewagę nad konkurencją. Nie wymaga bowiem energii elektrycznej do zasysania powietrza. Podobieństwo tego rozwiązania do drzew przejawia się w “liściach”, czyli powierzchniach, które wyciągają CO2 z powietrza bez obecności innej siły, niż po prostu powiew wiatru. Do tego mechaniczne drzewa wyglądają znacznie ciekawiej niż większość konkurencyjnych rozwiązań dostępnych na rynku.
Definicja DAC jest szeroka i pozwala na opracowanie całego spektrum rozwiązań. Podobnie wiele kreatywnych pomysłów pojawia się na to, co zrobić z CO2, które już wyciągniemy z powietrza.
Kreatywny recykling CO2
Oprócz składowania pod ziemią czy wytwarzania paliw syntetycznych (i kilku innych zastosowań wymienionych na początku artykułu), mamy jeszcze kilka rozwiązań. CO2 można sekwestrować w naprawdę pomysłowy i przydatny sposób.
Można, na przykład, permanentnie uwięzić go w betonie. Rozwiązanie takie opracowała kanadyjska firma CarbiCrete – w odpowiedzi na problem emisyjności przemysłu budowlanego. W jej zakładzie, do produkcji betonowych bloków zamiast cementu używa się żużel stalowniczy (produkt uboczny przetopu stali). Ten następnie poddawany jest działaniu CO2. Dwutlenek węgla przechodzi przemiany chemiczne i pod postacią węglanów wapnia zostaje zgromadzony w nowatorskim betonie – przy okazji dodając mu wytrzymałości. Pomysłodawcy twierdzą, że tak wyprodukowany beton pochłania więcej CO2 niż emituje. Mimo, że nauka wskazuje na kilka kwestii do poprawy, takie rozwiązanie jest obiecującym rezerwuarem dwutlenku węgla [5].
Wyemitowany do atmosfery dwutlenek węgla można recyklingować, a nawet upcyklingować także w produktach codziennego użytku (lub sztuce). Takie podejście reprezentuje np. Graviky Labs z Indii, przerabiając atmosferyczne złoża CO2 na węgiel w postaci stałej, który następnie wykorzystuje do produkcji atramentów, barwników, farb. Powstały produkt można wykorzystać do tworzenia murali, nadruków na ubraniach czy nawet designerskich kafelków. W tym wypadku ogranicza nas jedynie wyobraźnia.
Dużo pieniędzy i entuzjazmu
Technologie DAC i możliwości, które stwarzają, budzą wiele ekscytacji zarówno wśród inżynierów i naukowców, jak i inwestorów. Z pewnością nie można powiedzieć, że na rozwój branży brakuje pomysłów czy funduszy.
W niektórych krajach instytucje państwowe przeznaczają spore sumy na wspieranie tego typu działań. Już teraz rząd Stanów Zjednoczonych dofinansowuje projekty mające na celu rozwijanie technologii ujemnego dwutlenku węgla (NETs), w tym naturalnie DAC. Jeśli planowane ustawy wejdą w życie – na budowę dużych zakładów DAC rząd USA może przeznaczyć nawet dodatkowe 3,5 miliarda dolarów [4].
Naturalnie niemały budżet na wyłapywanie dwutlenku węgla przeznaczają też duże, prywatne firmy. Swoje inwestycje we wspomniane wcześniej Climeworks i Carbon Engineering poczynili m.in. Microsoft, Stripe i Shopify [4].
Wsparcie finansowe płynie obficie także do małych, rozwijających się firm i startupów. Co więcej, Elon Musk zainicjował nawet konkurs na najlepszą technologię usuwania dwutlenku węgla z atmosfery, która będzie skalowalna do gigaton CO2 rocznie. Ufundowana przez niego nagroda „X-prize” wynosić będzie 100 milionów dolarów.
Problemy DAC
Tak duże, komercyjne zainteresowanie DAC budzi też niebezpodstawne obawy. Podobnie jak w przypadku wszystkich NETs, tak i tutaj istnieje bowiem ryzyko powstania pokusy nadużycia. Jeśli tyle uwagi i funduszów skupionych jest na technologii usuwania antropogenicznych emisji CO2, w niektórych przypadkach może funkcjonować to jako usprawiedliwienie dla stagnacji w ograniczaniu emisji. Jest to tym bardziej ryzykowne, że – mimo wszystko – DAC nie jest jeszcze dobrze przetestowaną, skalowalną opcją.
Barierą w implementacji tego typu rozwiązań na naprawdę dużą, światową skalę, nie są przeszkody technologiczne. Jest nią raczej ilość energii elektrycznej, którą trzeba zainwestować w proces odzyskiwania CO2. Według przewidywań niektórych badaczy, działające na światową skalę DAC w 2100 roku może jej potrzebować aż 300 EJ (Eksadżuli) rocznie [6]. To ponad połowa rocznego zapotrzebowania na energię elektryczną na świecie. Mimo drastycznego wzrostu konsumpcji energii w najbliższych dziesięcioleciach, DAC wciąż będzie odpowiadał za ok. ¼ spodziewanego zapotrzebowania na 2100 rok [7].
W konsekwencji taki zabieg jest też, póki co, niezbyt opłacalny finansowo. Opłacalność osiągnie, jeśli koszt usunięcia tony CO2 z atmosfery spadnie jeszcze 10-krotnie – co jednak nie jest nieosiągalne [4].
Obok – a nie zamiast
Dobrze rozegrana implementacja DAC ma realną szansę pomóc nam w walce ze zmianami klimatu i nawet zmniejszyć koszt osiągnięcia założeń Porozumienia Paryskiego. Jeśli jednak technologia nas zawiedzie, konsekwencje takiego eksperymentu mogą okazać się bardzo dotkliwe. Limity temperatur w takiej sytuacji mogą być do 2100 roku przekroczone nawet o dodatkowe 0,8 stopnia Celsjusza [6]. Na takie ryzyko nie możemy sobie pozwolić. Dlatego właśnie DAC powinno być rozwijane i wdrażane obok – a nie zamiast – ograniczania emisji.
Równie ważna może okazać się zmiana w myśleniu o antropogenicznych emisjach jako takich. W pierwszej kolejności powinniśmy skupić się na zmianach na poziomie legislacyjnym i wymuszeniu odpowiedzialności na emitentach CO2 [4]. Jeśli zaczniemy traktować emisje gazów cieplarnianych jako poprodukcyjny odpad, za którego utylizację odpowiedzialność ponosi sam producent, będziemy na dobrej drodze do bezemisyjnej gospodarki.
Źródła
[1] Magill B., 2017: A Cooler Future May Hinge on Removing CO2 From the Air. Climate Central [dostęp: 28.10.2021].
[2] McQueen N., Gomes K. V., McCormick C., Blumanthal K., Pisciotta M., Wilcox J., Wilcox J., 2021. A review of direct air capture (DAC): scaling up commercial technologies and innovating for the future. Progress in Energy, 3.
[3] Evans S., 2017: The Swiss company hoping to capture 1% of global CO2 emissions by 2025. Carbon Brief [dostęp 02.11.2021].
[4] Gertner J., 2021: The Dream of Carbon Air Capture Edges Toward Reality. Yale Environment 360 [dostęp 03.11.2021].
[5] Ravikumar D., Zhang D., Keoleian G. et al., 2021: Carbon dioxide utilization in concrete curing or mixing might not produce a net climate benefit. Nature Communications, 12.
[6] Realmonte G., Drouet L., Gambhir A. et al., 2019: An inter-model assessment of the role of direct air capture in deep mitigation pathways. Nature Communications, 10.
[7] Evans S., 2019: Direct CO2 capture machines could use ‘a quarter of global energy’ in 2100. Carbon Brief [dostęp 04.11.2021].
Jeśli podoba Ci się treść na blogu, możesz podziękować za moją pracę stawiając mi wirtualną kawę:
