Nahradí technologie CCU technologii CCS?

O oxidu uhličitém a jeho možném vlivu na klimatické změny už bylo napsáno a řečeno mnoho. I kdyby jeho rostoucí koncentrace v ovzduší globální oteplování nezpůsobovala, je na místě otázka, zda by bylo možno z atmosféry tento plyn odebírat a něco z něho vyrábět. Zajímavá surovina by se mohla stát základem nového průmyslu, přinášet zisk a ještě čistit planetu. Nadějnou technologií se zdá být CCU (Carbon Capture and Use) - zachycení uhlíku a jeho použití.

Jedná se o začínající průmysl, který již dnes přitahuje miliardové investice - angažují se některé z ropných a plynových společností. Již dnes existují projekty, které využívají CO₂ na plasty, palivo nebo beton. Třeba bude v budoucnu možné stavět domy a pohánět auta s pomocí výrobků, které by se vyráběly na bázi odčerpávání CO₂ z atmosféry. Je však otázkou, zda by průmysl tohoto typu mohl vznikat dostatečně rychle a v takovém měřítku, aby to mělo praktický význam. Muselo by se jednat o miliardy tun využitého CO₂, neboť tolik svět každoročně vypouští do atmosféry.

Může oxid uhličitý přinášet peníze?

Před deseti lety obhajovali politici obdobnou technologii, a to „zachycení a skladování uhlíku“ – CCS (Carbon Capture and Storage - psali jsme o ní v článku https://www.3pol.cz/cz/rubriky/medicina-a-prirodoveda/835-ccs-aneb-cam-ten-carbon-slozime). Ropné a plynové společnosti dělaly pokusy v malém měřítku již od 70. let, protože tato metoda jim pomáhala vytěžit maximální množství ropy a plynu, které ještě zbyly ve vrtech. Jak dokazovaly skutečné příklady, po technické stránce metoda fungovala. Avšak navzdory podporám ustrnula technologie CCS hned na startovní čáře. Důvodem mohlo být, že zachycování CO₂ je nákladné a jeho skladování nepřinášelo žádné finanční benefity. Dnes CO₂ zvyšuje výtěžnost ropy a plynu, vytváří bublinky v šumivých nápojích a podporuje růst rostlin ve sklenících. Pro tyto účely se ho ale spotřebuje jen asi 80 milionů tun za rok, což je jen 0,2 procenta z celoročních světových emisí, které v roce 2017 představovaly 37 gigatun CO₂!

Najít katalyzátor

Mnohé chemické procesy související s CO₂ nejsou dosud známé. Jak například narušit vazby mezi atomy kyslíku a uhlíku uvnitř molekuly? Peter Styring z University od Sheffield tvrdí, že CO₂ je málo reaktivní, a proto potřebuje trochu povzbudit, aby začal reagovat. Jinými slovy: potřebujeme vhodný katalyzátor, který by snížil množství potřebné reakční energie. Výzkum technologie CCU spočívá hlavně v nalezení správného katalyzátoru. Charlotte Williamsová z University v Oxfordu se zabývá pokusy s rozbíjením vazeb oxidu uhličitého. Jejím hlavním oborem jsou polymery, dlouhé řetězce připomínající molekuly, z nichž se vyrábějí plasty. Na začátku své akademické kariéry se počátkem roku 2000 začala zabývat myšlenkou, zda by bylo možno z oxidu uhličitého vyjmout uhlík a použít ho k získání páteřního polymeru. Myšlenka jednoduchá, ale neuskutečnitelná bez správného katalyzátoru, který by inicioval reakci. Po čtyřech letech samých neúspěchů se jí podařilo identifikovat několik katalyzátorů, které se osvědčily. Její tým získal patenty a založil společnost Econic Technologies se sídlem v Macclesfield ve Spojeném království. Firma dnes prodává katalyzátory hlavním chemickým společnostem, které vyrábějí polyuretan.

Vyhlídky technologie CCU

V říjnu 2017 se v Londýně sešly desítky výzkumníků, investorů a zástupců průmyslu, aby o možných technologiích CCU diskutovali. Na toto shromáždění přinesla Ch. Williamsová vzorky umělých hmot vyrobených pomocí katalyzátorů firmy Econic. Shromáždění zorganizovala společnost Sacler Forum, která spolupracuje s UK Royal Society a US National Academies of Sciences. Některé ze známých projektů vypadají na první pohled velmi podivně. Proč například přeměňovat CO₂ na syntetický benzín? Inu proto, že i nadále bude nutno používat kapalná paliva zejména pro dopravu, a bude třeba těžit další fosilní paliva. Nové palivo by mělo být uhlíkově neutrální: CO₂ uvolněné při spálení tohoto paliva se zachytí a recykluje a použije k výrobě další dávky paliva. To je velmi důležité zejména pro leteckou dopravu, v níž zatím nelze využít baterie, jako je tomu např. v elektromobilitě. Podle Styringa by se díky syntetickému kerosinu z CO₂ mohla letecká doprava stát ekologičtější. Podobně se na první pohled nezdá, že by se CO₂ dal použít k výrobě stavebních hmot. Stačí si ale vzpomenout na pokus: vzít kašovitou směs oxidu vápenatého, vložit ji spolu s CO₂ do láhve a zatřepat. Obsah bude rychle reagovat a vznikne uhličitan vápenatý.

Velká pozornost vodíku

Mnohé produkty CCU, včetně některých syntetických paliv, potřebují jako vstup uhlík a vodík. Potíž je v tom, že vodíku potřebujeme velké množství, aby mohl reagovat s CO₂. Vodík je uzamčen například v molekulách vody a jeho získání je energeticky velmi náročné. Proto by nebylo ekonomicky výhodné vyrábět syntetické palivo pro automobily, kdyby se nejdříve musel vyrobit vodík. Stojí za to poznamenat, že i velké petrolejářské společnosti se účastní na výzkumu CCU a věnovaly na potřebný fond jednu miliardu dolarů. V čele je Oil and Gas Climate Intiative (OGCI).

Recyklace uhlíku

Představitelka organizace OGCI Fatima Rangarajan se domnívá, že to bude zisk, který rozhodne o tom, která ze dvou technologií uspěje, zda CCU nebo CCS. Zvítězí technologie, která bude mít smysl a komerční úspěch. Společnosti budou zřejmě potřebovat zpočátku pomoc, ale výsledně budou vydělávat. Vlády můžou pomoci několika způsoby, a to od urychleného přijímání patentů, až po stanovení vysokých cen za emise uhlíku. Ale samotná technologie CCU stejně nebude moci odstranit veškerý nadbytečný CO₂ z atmosféry. V roce 2015 nastínili Styring a Katy Armstrongová realistický, ale přesto ještě náročný scénář, podle něhož by bylo možno do roku 2030 ročně využívat 1,3 gigatun CO₂. To by představovalo asi jen 3,5 % ze současných ročních emisí. Optimističtější zprávu uveřejnila v roce 2016 organizace Global CO₂ Intitative. Podle ní by bylo možno zpracovat 7 gigatun CO₂ za rok do roku 2030. Ale i to je méně, než kolik by bylo zapotřebí.

Výrobky z atmosférického oxidu uhličitého

Již dnes existuje celá řada společností, které prodávají produkty z oxidu uhličitého. Získávají ho buď z průmyslových emisí, nebo přímo z atmosféry. Příklady:

-        Carbon Aggregates  (Spojené království): Vyrábí stavební materiály z průmyslového odpadu a kontaminované zeminy s využitím CO₂.

-        CCm Research (Spojené království): Společnost vyvinula systém k obohacování umělých hnojiv s využitím uhlíku z CO₂ a vyrábí vlákna obalená CO₂, která se stávají součástí umělých hmot.

-        Covestro (Německo):  Vyrábí polyuretanové plasty pro žíněnkovou pěnu.

-        Sunfire (Německo): Firma vyvinula syntetické palivo označované jako Blue Crude. Plánovaná hromadná produkce má začít v roce 2020. Potřebný CO₂ bude odebírán z atmosféry. Partnerem je společnost Audi.

-        Oberon Fuels (Kalifornie): Vyrábí dimetyleter, syntetické diesel palivo, které neemituje síru. Partnerem jsou společnosti Volvo, Ford a výrobce nákladních automobilů Mack.

-        Carbon Cure ( Kanada):  Prodává systém, který vtlačuje CO₂ do betonu. Firma v lednu 2018 oznámila, že velká US společnost, Thomas Concrete, bude instalovat novou technologii ve svých 22 závodech.

-        Solidia (New Jersey): Vyrábí beton, který obsahuje CO₂. Tvrdí, že se tím snižují náklady na energii a vodu.

Otázka času

Technologie CCU je stále v obtížné etapě - nejdříve je ji nutno prokázat ve velkém měřítku, zainteresovat zákazníky a dostat produkty na trh. Podle Styringa řešení spočívá hlavně v tom, aby se přestala spalovat fosilní paliva. A také aby svět přešel na cyklickou ekonomiku, kde se recykluje všechno, nejen papír a sklo, ale veškeré vedlejší produkty průmyslových procesů, včetně odpadních plynů.

Zdroj: Michael Marshall: From pollution to solution. New Scientist, 2018, č. 3169, s. 34-37