Medicína a přírodověda

Článků v rubrice: 207

CCS aneb Cam ten Carbon Složíme?

Globální oteplování, skleníkový efekt a oxid uhličitý patří k největším strašákům současné doby. Jak vypadají a jak se proti nim dá bojovat?

Fotogalerie (7)
Vize Americké bezemisní elektrárny FutureGen

Země během své předlouhé historie zažila snad už všechny druhy klimatu. Sevření ledovců i deštné pralesy v Antarktidě. Horko, sucho, vlhko, zimu a jejich nejrůznější kombinace. Pozemské klima je citlivá věc, na kterou má vliv množství faktorů a většině z nich zatím nerozumíme. Možná směřujeme k další době ledové a možná k době tropické, jedno je však jisté: v posledních desetiletí se začaly podmínky na Zemi měnit.

Pootočený termostat
Když si v pokoji přitopíte o dva stupně, nic podstatného se nestane, ale v případě komplikované zeměkoule znamená zvýšení průměrné teploty o dva stupně zásadní a výraznou změnu. Podle mírně katastrofického výpočtu pana Marka Lynase roztaje po zvýšení průměrné teploty o čtyři stupně Grónsko, Holandsko zmizí pod mořem, Itálie se změní v poušť, Alpy se ocitnou bez ledu a z ruského permafrostu se uvolní metan a vybuchne... Země se zatím od roku 1900 oteplila přibližně o 0,7 °C. Možná to vypadá jako málo, ale některé části ekosystému už zareagovaly. V severozápadní Americe začaly vymírat stromy skoro dvojnásobně rychleji než před několika desetiletími. Postižená oblast se od roku 1970 zahřála každých deset let o 0,3 °C. Možná to spolu souvisí.

Skleník
Nejdůležitější vliv na teplotu na Zemi má skleníkový efekt. Jeho princip je jednoduchý: vrstva skleníkových plynů v horních vrstvách atmosféry odráží záření ze zemského povrchu zpátky k zemi. Pokud by vrstva neexistovala, většina tepla, které Země dostává od Slunce, by unikla zpět do vesmíru a ze Země by se stala zmrzlá koule. Když je efekt ovšem příliš silný, vrstva odráží mnohem více záření a povrch planety se začíná přehřívat. Kam až to může vést, ukazuje dobře Venuše, která si díky skleníkovému efektu dopřává teploty kolem 500 °C. Na Zemi se na skleníkovém efektu podílí metan, oxid uhličitý a vodní páry.

Na klima mají vliv i další jevy, jako oběžná dráha, precese osy, erupce sopek, sluneční cyklus nebo El Nino. Některé teplotu přidávají, jiné ubírají. Kupříkladu výbuchy sopek obohacují atmosféru o jemné částice, které zachytávají sluneční záření a nedovolí mu dopadnout na zemský povrch a tím způsobují ochlazení. Paradoxně stejně působily exhalace aut a elektráren v letech 1950–1970, kdy jemné aerosoly z jejich výfuků a komínů odrážely sluneční záření. Nyní jsme se smogem skoncovali – a jasným nebem k nám může pronikat více slunečního tepla. Evropa se díky tomu od roku 1980 oteplila o 1 °C.

V další debatě se nebudeme soustředit na metan a vodní páry, protože je mají z velké části na svědomí přírodní procesy a tedy je nemůžeme nijak ovlivnit. Vypouštění oxidu uhličitého však ovlivnit můžeme.

Hodná fosilní paliva a zlý oxid uhličitý
V okamžiku, kdy lidstvo objevilo a začalo plně využívat potenciál fosilních paliv, začalo jejich spalováním vypouštět do atmosféry oxid uhličitý, který do sebe přesličky a plavuně nachytávaly miliony let, než se přeměnily v uhlí. Koncentrace CO2 začala pomalu narůstat. Před začátkem industriální doby ho bylo přibližně 270 ppm (parts per million, neboli dílů či částic na jeden milion). Objem CO2 v atmosféře k roku 2007 byl 382 ppm. Lidstvo zatím vypustilo do atmosféry 500 miliard tun CO2 a předpokládá se, že pokud v tom bude pokračovat, před rokem 2050 vypustí trilion tun CO2. CO2 je sice v atmosféře jen 0,03 procenta, ale i to málo může způsobit velké změny. Modely ukazují, že při hodnotě 550 ppm, svět bude o cca 4,5 °C teplejší. Začne neodvratně tát Antarktida, díky zvýšené kyselosti oceánů vymřou koráli a nastane spousta neblahých následků, které již vyjmenoval pan Lynas. Aby nebylo strašení málo, klimatolog James Hansen roku 2008 vypočítal, že i současná hladina CO2 je příliš vysoká a je potřeba ji snížit alespoň na 350 ppm, abychom se vyhnuli nepříjemným a neodvratným změnám klimatu.

Klimatické modely
Jak již bylo několikrát řečeno, klima Země je složitá záležitost, na kterou má vliv velké množství faktorů. Chceme-li věrohodně předpovídat vývoj pozemského podnebí, musíme do výpočtu zahrnout ty podstatné vlivy a ty méně podstatné zanedbat. Bez správného zanedbání se neobejdeme, protože výpočetní kapacity nám ještě dlouho neumožní simulovat celou Zemi i s přilehlým vesmírem do posledního atomu. I teď se spoustou zjednodušení potřebujeme desítky supervýkonných superserverů a měsíce počítačového času, abychom získali více méně přesnou předpověď na pár nejbližších let. Nikdy si nemůžeme být jisti, že jsme nezanedbali nějaký klíčový faktor a nezbývá nám, než donekonečna porovnávat výsledky s naměřenými údaji.

Jednu takovou drobnou nesrovnalost odhalil pan Shine se svými kolegy, když velmi pečlivým měřením zjistil, že od roku 1945 došlo k posunu začátku letního teplotního cyklu o 1,7 dne. Tento posun, který je skoro jistě způsoben globálním oteplováním, však žádný z modelů nepopisuje a ani jej neumí vysvětlit.

Ale i tak nejsou výsledky dosavadních modelů příliš povzbudivé. Použitím modelu atmosféry a uhlíkového cyklu EMIC (Earth-system model of intermediate complexity) se ukázalo, že pokud zastavíme vypouštění CO2 na hladině 450 ppm, objem CO2 se v atmosféře nesníží na předindustriální hodnoty ani za 1000 let a díky tomu nedojde ani k podstatnému poklesu teploty. Na vině je pomalé vstřebávání CO2 ekosystémem a velká teplotní setrvačnost oceánů.

Jiný model naznačuje trochu jiný typ rizika. Analyzuje střídání doby ledové a meziledové a interpretuje je jako oscilace při přechodu systému na novou, stabilní hladinu směrem k permanentnímu zalednění velké části Země. Tento přechod by měl nastat v nejbližších 10 000 až 100 000 let, pokud se ovšem hladina CO2 výrazně sníží.

Bojovníci s klimatickými změnami
Sledovat průběh globálního oteplování si vzal za cíl IPCC (Intergovermental Panel on Climate Change, mezivládní panel o klimatických změnách) složený z předních odborníků z celého světa. Na svém jednání v roce 1995 v Madridu vydal prohlášení, že globální oteplování by možná mohl způsobovat člověk. Přes veškerou opatrnost vědců je ale jisté, že člověk do atmosféry vypouští skleníkový plyn CO2 a s tím je třeba něco udělat, pro případ, že by katastrofické scénáře měly pravdu.

Vlády všech států světa mají k ruce nejrůznější prostředky, kterými mohou vypouštění CO2 regulovat. Mohou vydávat či prodávat povolenky, zvyšovat daně, regulovat energetiku, požadovat zvyšování energetické účinnosti a financovat obnovitelné zdroje a výzkum nových čistých technologií.

Evropská unie již roku 1996 prohlásila, že svět by se neměl oteplit o více než 2 °C, ale od slov k činům je zatím velmi daleko. Ke Kjótskému protokolu, který začal platit roku 2005, přistoupilo do roku 2009 183 zemí, které se zavázaly snížit své emise. Protože však Čína a USA, největší znečišťovatelé světa, se ke Kjótskému protokolu odmítly připojit, neměla zatím úmluva žádné podstatné výsledky. Jedním z nástrojů, které měly napomoci ovládat vypouštění CO2, jsou emisní povolenky a trh s nimi. Každý, kdo hodlá vypouštět do atmosféry CO2, musí mít povolenku na každou vypuštěnou tunu. Pokud firma vypustí méně CO2 než má povolenek, může ty zbývající výhodně prodat těm, kteří naopak vypustili CO2 více.

Británie přijala 28. října 2008 zákon, kterým se zavazuje do roku 2050 snížit emise o 80 procent oproti stavu v roce 1990. Závazek zahrnuje i letectví a Spojené království se tak stalo jednou z mála zemí, které si boj s klimatickými změnami uzákonilo.

Pro omezení emisí uhlíku se začala vyvíjet technologie CCS (Carbon Capture and Storage, zachytávání a ukládání uhlíku), která měla omezit emise stávajících elektráren a umožnit stavbu nových, zcela bezemisních elektráren. Podpora tohoto trendu následovala. Roku 2008 požadovalo G8, aby bylo co nejdříve předvedeno alespoň 20 projektů, které by ukazovaly možnosti a nevýhody CCS. Američané uvolnili v březnu 2009 2,4 miliardy USD na výzkum a vývoj CCS a požadují jeho použití na starých i zcela nových elektrárnách. Evropa nemohla zůstat pozadu a tak bude v roce 2009 největší část finančního balíčku na energetiku přidělena právě projektům na zachytávání a skladování CO2. Pět zemí (DE, NL, PL, ES a UK) dostane po 250 milionech EUR na 12 pilotních jednotek CCS, aby tuto technologii aplikovaly na některé elektrárny vysoce znečišťující ovzduší.

O největšího znečišťovatele
V soutěži o největšího vypouštěče skleníkových plynů vedly dlouhou dobu USA, které produkovaly přes 25 procent světového CO2, než je roku 2006 předběhla Čína. Nyní vypouští 6 miliard tun CO2 ročně a vypadá to, že se ve vedení nějakou dobu udrží, pokud ji z prvního místa nesesadí Indie. Čína má sice nižší produkci CO2 na hlavu než Spojené státy, ale vyšší na hrubý domácí produkt, což ukazuje orientaci energetiky na fosilní paliva a nízkou efektivitu při výrobě zboží a potravin. Čína se pokoušela o zvyšování efektivity, ale dařilo se jí to jen do roku 2001. Nyní se pokouší přeorientovat výrobu energie z uhlí více na obnovitelné zdroje, konkrétně větrné elektrárny. Je otázkou, jestli se jí to podaří.

Co s tím?
Možností, jak řešit klimatickou situaci, není příliš mnoho. V podstatě se dají shrnout do pěti bodů:

Zcela přestaneme spalovat fosilní paliva

Budeme spalovat fosilní paliva, ale CO2 nebudeme vypouštět do atmosféry

Budeme spalovat fosilní paliva, ale CO2 budeme nějak z atmosféry chytat

Omezíme dopadající sluneční záření

Smíříme se s tím, že nám bude poněkud tepleji

Proberme si nyní postupně jednotlivé body.

1. Zcela přestaneme spalovat fosilní paliva

Tato myšlenka se zdá nejjednodušší. Když se nespalují fosilní paliva, neuvolňuje se ani žádný CO2 a klima je zachráněno, přechod do doby tropické se nekoná. Když se na ni ovšem podíváme detailněji, zjistíme, že to tak jednoduché ani zdaleka není. Náš svět je totiž na fosilních palivech zcela závislý. Získáváme 64 procent energie z ropy, uhlí a zemního plynu. Doprava se bez fosilních paliv neobejde. Auta můžeme nahradit elektromobily (které před sebou mají stále ještě dlouhou vývojovou cestu), ale potom pro ně musíme postavit ještě více elektráren. Jediné zdroje, které neprodukují CO2, jsou jaderné a obnovitelné. Případně můžeme přejít v dopravě na biopaliva a poté stačí nahradit jen pár tisíc uhelných elektráren nějakými jinými. Také můžeme doufat, že se vědcům již konečně podaří zprovoznit fúzní elektrárnu a přejít na tento v podstatě nevyčerpatelný a ekologický zdroj energie. Na tu poslední variantu čekáme již přes padesát let.

Biopaliva
Vypěstovat si naftu na poli zní lákavě. Na celém světě se biopaliva vyrábějí z kukuřice, řepky, cukrové třtiny, palmového oleje a dalších surovin. Bohužel ne všechna jsou levná a ne všechna pomáhají snížit množství vypouštěného CO2. Je třeba sledovat celý proces výroby či získávání suroviny, její dopravu a použití, připočíst nepřímé efekty a teprve poté je možno říct, které palivo produkuje nejméně CO2. Kalifornie si nechala tuto studii vypracovat, aby podle ní mohla snížit množství vypouštěného CO2 v dopravě. Zjistila, že kukuřičný etanol používaný jako biopalivo produkuje víc CO2 než klasická nafta. Překvapivý výsledek způsobily „nepřímé efekty“, v tomto případě použití kukuřice na pohon vozidel místo k jídlu. Rovněž těžba z kanadských dehtových písků, ke kterým se upínají mnohé naděje, vypouští větší kvanta CO2 než těžba běžné ropy, která však v nejbližších desetiletích dojde. Jako nejlepší řešení tedy Kalifornii vyšel pohon elektřinou nebo zemním plynem. Pokud by trvala na biopalivu, pak se nejvíce vyplatí brazilský etanol z cukrové třtiny. Ovšem Brazílie celý svět palivem zásobovat nedokáže.

Štěpení a slučování
Jaderná technologie, která s výjimkou výstavby neprodukuje žádný CO2, je dokonale zvládnutá. Zásoby uranu a thoria vystačí při použití reaktorů druhé a třetí generace na stovky a stovky let a v současnosti se vyvíjejí i technologie, které se dokážou vypořádat s nebezpečným radioaktivním odpadem. Přechod na jadernou energetiku by mohl svět zbavit závislosti na fosilních palivech a zredukovat vypouštění CO2 téměř na nulu, navíc by tato technologie s sebou nenesla žádné nečekané vedlejší efekty. Politické klima ovšem není ve všech státech jaderné energetice příznivě nakloněno.

Fúzní elektrárna neprodukuje takřka žádný radioaktivní odpad a nemůže hrozit černobylským výbuchem, ovšem zatím neexistuje ani na papíře. Výzkum slučování atomů potrvá ještě několik desetiletí, než bude tato technologie uspokojivě zvládnuta, a ještě několik dalších desetiletí bude třeba, než bude možno začít s hromadnou výstavbou komerčních elektráren. Tou dobou už ale mohou být klimatické změny způsobené vypouštěním CO2 nevratné.

2. Budeme spalovat fosilní paliva, ale CO2 nebudeme vypouštět do atmosféry

V průběhu procesu spalování fosilních paliv tedy bude třeba nějak CO2 odchytit a bezpečně ho uložit. Tato technologie zvaná CCS (Carbon Capture and Storage, zachytávání a ukládání uhlíku) zahrnuje dva kroky, které musí být technicky vyřešeny. Prvním je zachycení CO2, druhým jeho uložení.

CO2 může být z paliva odstraněn ještě před samotným spálením, této technologii se říká precombustion nebo též IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle, integrovaný zplyňovací kombinovaný cyklus). Dále můžeme snížit množství plynu, které bude třeba odloučit, a to prostřednictvím lepšího spalování zvaného oxyfuel. Třetí možností, kterou lze nejlépe aplikovat na již existující elektrárny, je odloučení CO2 ze spalin, tak zvané postcombustion.

Precombustion čili IGCC
Technologie IGCC byly v minulosti primárně vyvíjeny za účelem zplyňování uhlí v chemickém průmyslu (výroba čpavku, rafinérie apod.), a proto jsou v podstatě neslučitelné s fungováním již vybudovaných fosilních elektráren. Nejprve se palivo, nejčastěji uhlí, změní ve zplyňovacím kotli za působení vysokých teplot, tlaku a vodní páry na směs CO a vody. Tato směs je očištěna od pevných částeček, rtuti, síry a dalších nečistot. Další chemickou reakcí se získá směs CO2, vodíku a syntetického zemního plynu zvaného syngas. Vedlejší produkty jako síra, vodík nebo rtuť mohou být dále průmyslově využity. CO2 je pomocí sorpce jímán a dále skladován podle možností příslušné elektrárny. Syngas je spálen a použit k pohonu turbíny. Teplo vzniklé spálením plynu a odpadní teplo vznikající při přeměně uhlí na plyn je použito ke generaci páry, kterou je poháněna druhá turbína. Proto se cyklus nazývá kombinovaný, protože v jedné elektrárně pracuje plynová i parní turbína.

Tento postup dokáže z miliónu tun uhlí vložených do generátoru vyprodukovat 500 miliónů kWh elektřiny nebo 350 tisíc tun plynných paliv nebo 400 tisíc tun metanolu nebo 370 miliónů m3 syntetického zemního plynu. Náklady však jsou vysoké – jen zařízení na výrobu 100 tisíc tun metanolu ročně stojí 200 miliónů dolarů.

Bez připojeného systému na CCS má elektrárna s IGCC vyšší účinnost než klasická uhelná a produkuje méně emisí, ovšem přidáním zařízení na zachycování CO2, které je velmi energeticky náročné, se její účinnost výrazně sníží.

Oxyfuel
Technologie oxyfuel umožňuje lepší spalování uhlí a koncentruje množství CO2 ve spalinách, zároveň omezuje přítomnost dalších plynných emisí. S trochou snahy je možno touto technologií vybavit již existující elektrárnu.

Práškové uhlí zbavené nečistot je spalováno s čistým kyslíkem. Díky separační jednotce tak do reakce vůbec nevstupuje dusík a nevznikají oxidy dusíku, které se obtížně odstraňují. Hoření v čistém kyslíku probíhá za vyšší teploty, díky čemuž se z uhlí získá více energie. Vzniklé spaliny se nejprve čistí jako v běžné elektrárně. V elektrostatickém odlučovači se zbaví popílku, v odsiřovacím zařízení se vypírkou v mokrém vápenci vyváže oxid siřičitý. Následně se směs CO2 a vodní páry ochladí, takže voda zkondenzuje a zbude čistý CO2, který je možno jímat a ukládat.

Postcombustion
Nejjednodušším způsobem, jak se zbavit CO2 produkovaného elektrárnami na fosilní paliva, je odstranit ho přímo ze spalin. Ty ovšem obsahují jen málo CO2 (okolo 15 %) a tak je třeba zpracovat obrovské množství plynů. Po vyčištění kouře od popílku, oxidu siřičitého a oxidů dusíku se CO2 za určitého tlaku a teploty váže na chemikálii (čpavek, hydroxid sodný), ze které může být změnou teploty a tlaku znovu uvolněn a zachycen, chemikálie je pak připravena k opětovnému použití.

Kam s ním?
Odchycený CO2 bývá tlakem 70 atmosfér přeměněn na kapalný, aby se lépe přepravoval a následně je auty, vlakem, lodí či potrubím dopraven ke svému definitivnímu úložišti. Tím může být částečně nebo zcela vytěžené ložisko ropy či zemního plynu, podzemní slané jezero (aquifer), případně takzvaná „červená jalovina“ v hloubce cca 3500 m pod zemským povrchem. Lokalita musí být kryta nepropustnou vrstvou, která CO2 po dlouhá tisíciletí udrží na místě, a neměla by obsahovat podzemní vody, ve kterých by se CO2 mohl rozpustit a následně vyvěrat na povrch v podobě sodovky, ani geologické zlomy, podél kterých by mohl CO2 pozvolna unikat.

Přírodní rezervoáry CO2 existují, většinou v podobě vody bohatě nasycené CO2. Voda hnaná CO2 se dostává na povrch v podobě CO2 gejzírů.

Výhrady proti CCS
Největší nevýhodou technologie CCS je její velká energetická náročnost. Elektrárna vybavená zařízením na lapání CO2 má sníženou účinnost, někdy až o 15% a spotřebovává tedy více paliva. V podstatě se můžeme dostat do bludného kruhu: na to, abychom odloučili CO2, potřebujeme energii, kterou vyrobíme spálením fosilních paliv, při kterém vznikne CO2, na jehož odloučení je třeba energie... Kruh lze rozetnout použitím jiných zdrojů energie nebo prostou výstavbou většího množství málo účinných elektráren. Druhá volba ovšem nevyhnutelně povede ke zvýšení cen energie. Rovněž doprava a ukládání CO2 vyžaduje energii a nezřídka tento proces produkuje další CO2. Při tvorbě podobných projektů je tedy třeba bedlivě spočítat, jestli je bilance CO2 celého procesu opravdu záporná. Špatně navržené procesy ušetří jen málo CO2, případně za neúměrně vysokou cenu.

Druhou výhradou proti CCS je skladování oxidu uhličitého v zemi. Pevné materiály lze ukládat poměrně bez problémů, ale v případě plynu nebo kapaliny to tak snadné není. Přírodní rezervoáry dokázaly po tisíciletí držet zemní plyn či ropu, takže tyto prostory jsou celkem dobře odzkoušené a prověřené, ale i zde je možnost úniku. Pomalé pronikání skrz podzemní vody či podél geologických zlomů nikoho neohrožuje, pouze maří celé ekologické úsilí. Opravdu vážné nebezpečí by představoval náhlý únik většího množství CO2, který je ve vyšší koncentraci nedýchatelný. CO2 by se navíc ukládal pod tlakem, a s tím opravdu příroda nemá zkušenosti. Jako největší riziko se jeví mikrozemětřesení, které bohužel může být spouštěčem podstatně většího pohybu hornin.

Realita CCS

Podzemní úložiště plynu
Může se to zdát překvapivé, ale s ukládáním CO2 pod zem máme dlouholeté a bohaté zkušenosti. První injektáž byla uskutečněna již roku 1970. CO2 totiž používají těžaři ropy a zemního plynu, kteří CO2 vhánějí do částečně vytěženého ložiska, aby jim pomohl vytlačovat ropu či zemní plyn na povrch. Většina vrtů CO2 recykluje, ale některé ho ponechávají na místě. Zatím nebyl nikde zaznamenán vážnější únik, zemětřesení či jiný problém.

Ve vrtu Sleipner v Severním moři provozovaném norskou společností Statoil je postupně ukládán CO2 produkovaný pobřežní teplárnou. CO2 se ukládá do vrstev pod těžené plynné ložisko a zatím se do něj uložilo více než 10 miliónů tun CO2, což je množství, které vypustí do ovzduší všechny norské automobily za dva roky. Vrt je v provozu od roku 1993.

V Barentsově moři funguje na stejném principu vrt Snøhvit. Těží zemní plyn a posílá ho 145 km dlouhým potrubím do Norska, kde je v továrně Melkoya poblíž města Hammerfest zkapalňován a expedován do Evropy. V plynu je přimíchaný CO2, který však při procesu zkapalňování zmrzne a mohl by vážně poškodit zařízení továrny. Proto je CO2 ze zemního plynu separován a odeslán potrubím zpátky do vrtu Snøhvit, kde je uložen. Každý rok tak skončí pod mořským dnem na 700 000 tun CO2.

V Alžírském vrtu In Salah se od roku 1994 ukládá 1,2 milionu tun CO2 ročně.

V Kanadě v lokalitě Saskatchewan těží vrt Weyburn ropu pomocí CO2 od roku 2001.

Vylepšené elektrárny
Po celém světě již byla postavena řada elektráren vybavená zařízením na zachytávání CO2. Většinou se jedná o malé pilotní projekty, které měly ozkoušet tuto technologii a demonstrovat její použití v praxi.

První evropskou elektrárnu s technologií CCS a spalováním paliva metodou oxyfuel spustil koncem minulého roku do provozu koncern Vattenfall v areálu dvou osmisetmegawattových uhelných bloků v německém Schwarze Pumpe. Zkušební projekt hnědouhelného bloku o tepelném výkonu 30 MW, který stál 70 miliónů EUR, má do roku 2015 následovat další pětisetmegawattový. Komerční tisícimegawattovou elektrárnu chce společnost postavit do roku 2020. Při jejím provozu vznikne za rok kolem sedmi miliónů tun CO2, který skončí v podzemí.

Ve Francii na jaře roku 2009 byl u již existující plynové elektrárny Lacq vybaven jeden 30 MW kotel technologií oxyfuel a následně jímáním CO2, který bude vháněn do ložiska zemního plynu Rousse, odkud je elektrárna zásobována. Za dva roky by tak mělo být uloženo 150 000 tun CO2. Projekt stál 60 milionů EUR.

V Holandsku běží 250 MW elektrárna spalující uhlí a biomasu Buggenum, na rok 2011 je plánována stavba 1300 MW bloku.

Budoucí elektrárny
Projekt vlajkové lodi americké technologie CCS jménem FutureGen byl kvůli rostoucím nákladům pozastaven. Elektrárna o výkonu 275 MW, která měla stát u města Matton v Illinois, měla být vybavena technologií IGCC a zachytávat až 90 % vyprodukovaného CO2, který měl být následně ukládán do podzemního slaného jezera. Nejnovější cena projektu je odhadována na 1,8 miliardy USD, ale je možné, že ještě poroste.

V Norsku se v areálu elektrárny a teplárny Mongstad plánuje výstavba European CO2 Test Centre, které by mělo ověřit technologii CCS v praxi. Jímané CO2 bude ukládáno do vytěženého ropného ložiska. Na projektu se podílí mnoho firem z celé Evropy (StatoilHydro, Gassnova, Dong Energy, Shell).

Islandský energetický koncern Reykjavik Energy se zaměřil na geotermální elektrárnu Hellisheidi v oblasti Hengill o výkonu 300 MW, která vypouští do ovzduší 1 kg CO2 za sekundu. Odchycený CO2 plánuje vtlačovat do bazaltového podloží, kde by mělo dojít k chemické reakci mezi plynem a horninou a CO2 by tak byl pevně vázán v podobě vápence.

Kolik to bude stát
Cena elektrárny i CCS se liší projekt od projektu, ale obecně je možno říci, že technologie na zachytávání a ukládání CO2 výrazně zvýší náklady na stavbu a provoz elektrárny, a to až o 30 %. Tím se zvýší i cena produkované elektrické energie. Odhaduje se, že by se cena elektřiny mohla až zdvojnásobit, v případě Německa by tedy výrobní náklady na kWh stouply na 5 až 8 eurocentů. Finančně by se bezemisní elektrárny vyplatily pouze tehdy, když by cena povolenek za vypouštění CO2 překročila hranici 40 EUR za tunu. Cena za jímaní CO2 se pohybuje mezi 26 až 37 EUR za tunu CO2, v případě technologie postcombustion jsou náklady až 70 EUR za tunu CO2. Emisní povolenky se v roce 2008 obchodovaly kolem 20 EUR za tunu.

Předpokládá se, že za dvacet let vývoje by mohl být proud z bezemisních elektráren cenově srovnatelný se současnými drahými obnovitelnými zdroji. Je to „cena za zápas s klimatickými změnami“, otázkou ovšem zůstává, jestli ji občané budou ochotni zaplatit.

Tato technologie navíc není pro každého, neboť ne všechny země disponují vhodnými geologickými formacemi pro ukládání CO2 a převoz kapalného CO2 by náklady na ukládání neúměrně zvýšil. Takovou zemí je i Česká republika. Vytěžená ropná ložiska, která by mohla CO2 pojmout, jsou na Jižní Moravě, ovšem uhelné elektrárny, které CO2 produkují, stojí v Severních Čechách.

3. Budeme spalovat fosilní paliva, ale CO2 budeme nějak z atmosféry chytat

Přechod na bezemisní elektrárny zcela určitě nebude tak rychlý, jak by naše klima potřebovalo. Navíc je jisté, že se vypouštění CO2 podaří pouze omezit, nikoliv zastavit. Hladina CO2 v atmosféře tedy ještě několik desetiletí, ale spíš staletí poroste. Následky, které by to pro počasí na Zemi mohlo mít, už byly lehce nastíněny na počátku tohoto článku.

Jediné, co nám zbývá udělat, je tedy jakýmkoliv způsobem CO2 ze vzduchu odstranit.

Deštné pralesy a zpustlá pole
Nejlepším lapačem CO2 v přírodě je příroda sama. Jeden metr čtverečný deštných pralesů naváže více CO2 než cokoliv jiného. Je-li strom pokácen, shoří nebo prostě zemře a zetleje, je CO2, který po staletí vázal při svém růstu, vypuštěn zpět do atmosféry. Pralesy jsou vazači CO2 při svém růstu, jakmile prales dosáhne rovnováhy, míra přírůstu mladých a umírání starých stromů se vyrovná a prales jako celek už žádný další CO2 neváže. Vědci ale zjistili, že mnohé pralesy v rovnováze nejsou a rok od roku váží CO2 víc, kolem 0,63 tun na hektar. Zřejmě je to způsobeno tím, že se les vzpamatovává z nějakého dávného „traumatu“, ať už způsobeného požárem nebo lidským zásahem, a teprve dorůstá do plné velikosti.

Pralesní „traumata“ jsou bohužel poměrně častá. Vlivem odlesňování, požárů a vymírání se ročně do ovzduší uvolní z lesů o 30% více CO2 než spalováním fosilních paliv.

V rámci obchodu s emisními povolenkami se v rozvojových zemích, zvláště v Indii, rozvíjejí projekty na pěstování stromů za peníze, které ale často narážejí na překážky v podobě přebujelé byrokracie.

Nejenom stromy, ale i půda pod nimi váže CO2, rovněž tak kulturní krajina, která byla ponechána ladem, začíná vázat více CO2. Možná bude řešením nechat Zemi zarůst a mírně, řízeně zpustnout.


Širý oceán
Velkou část planety Země pokrývá moře obsahující ohromné množství řas, které jsou schopny vázat CO2. Jako lapač je světový oceán velmi úspěšný, dokáže atmosféru zbavit kolem 30 % lidstvem vypouštěného CO2. Pokud by bylo více řas, pohltily by i více CO2, ale pokusy o umělé množení řas zatím nebyly úspěšné. Pozorování u Kerguelenových ostrovů naznačovalo, že čím více mají řasy železa, tím více rostou. Experiment Crozex, který pozoroval přírodní přihnojování železitým pískem z Crozetových ostrovů, ale nic takového neprokázal. Rovněž pokus Lohafex, při kterém bylo do vody poblíž Argentiny shozeno větší množství síranu železa, žádný nárůst řas nezaznamenal. Bude tedy třeba objevit jiný způsob, jak oceány přinutit k vyššímu vázání CO2.

Umělé lapače CO2
Jestliže to nejde přírodně, je třeba si vypomoci uměle. Bylo sestrojeno již mnoho lapačů CO2, které pomocí chemické reakce vážou CO2 z atmosféry. Většina jich má poměrně nízkou účinnost, což je způsobeno tím, že CO2 jsou v atmosféře pouhé 0,03 procenta a zařízení tak musí zpracovat ohromné množství vzduchu, aby odloučilo trochu CO2.

Lapač Franka Zemana (jak je z jména jasné, jedná se o čistokrevného amerického vědce) vystavuje vzduch hydroxidu sodnému, který reaguje s CO2 na uhličitan sodný. Po jeho smíchání s vápnem získáme vápenec, z něhož lze čistý CO2 zahřátím uvolnit, odchytit a uložit výše naznačeným způsobem. Tato metoda se již dlouho používá v papírenském průmyslu, přičemž nejdražší komponentou celého odlučovače je pec na vypékání vápence.

David Keith se rozhodl ověřit možnosti lapání CO2 v praxi a postavil velký stroj fungující na stejném principu, který pochytal několik kilogramů CO2 za noc.

Odstranit drahou pec, kterou lapač potřeboval k uvolnění CO2, se pokusil vědec Klaus Lackner ze společnosti Global Research Technologies založené miliardářem Gary Comerem. Vytvořil chemikálii, která umožňovala navázání a uvolnění CO2 podstatně jednodušeji. Její složení je ovšem drženo v tajnosti. Prototyp stroje nyní vychytá necelých 100 kg CO2 za den. V případě, že by lapač měl ústí o průřezu 1 m2, dokázal by za rok odchytit 10 tun CO2.

Kolik stojí CO2?
V případě masivní výstavby lapačů by mohlo být kolem roku 2040 odstraňováno ze vzduchu 9 Gt CO2 ročně a roku 2100 až 650 Gt ročně. To je shodou okolností maximální množství, které je dle odhadu IPCC možno uložit pod zem. Odlučovače by zabraly kolem 300 km2 a jejich výstavba i provoz by vyšla na 650 miliard USD ročně.

Roger Aines z Lawrence Livermore National Laboratory v Kalifornii spočítal, že na vychytání čtvrt gigatuny CO2 by bylo třeba 900 000 GWh ročně, což je trochu víc než energie produkovaná 104 jadernými elektrárnami (všechny elektrárny, kterými disponuje USA) nebo 135 000 větrnými elektrárnami o výkonu 1,5 MW.

Redukujte svou osobní klimatickou stopu!
Vědec David Keith šel ve svých představách o odchytu CO2 nejdále a nechal navrhnout elegantní náramek eCO2, který vychytává CO2 v okolí svého nositele a tím redukuje jeho klimatickou stopu. Náramek by byl vyroben z recyklovaných materiálů postupy, které neprodukují CO2 za pomoci energie z bezemisních elektráren. Energii pro svůj provoz by získával z kinetické energie pohybující se ruky, na které by byl navlečen. Kromě ukazatele množství lapeného CO2 poslouží i jako elegantní hodinky. Jestli a kdy bude náramek uveden do výroby zatím není jasné, rovněž tak není jistá podoba sběrných center, které by plné lapače CO2 vybíraly, CO2 z nich uvolňovaly a bezpečně ukládaly.

O tom, že by se jednalo o geniální marketigový tah, ale není pochyb.

4. Omezíme dopadající sluneční záření

Pokud by všechny předchozí plány na nápravu klimatu nestačily, bude třeba ochladit Zemi jiným způsobem. Projektům, které si pohrávají se stavem Země jako celkem, se říká geoinženýring. Hnojení oceánských řas ve velkém či miliony lapačů CO2 jsou jen velmi mírnými ukázkami geoinženýringu.

Vybělená oblaka
Mraky odrážejí část dopadajícího slunečního záření zpět do kosmu. Čím jsou bělejší, tím mají vyšší odrazivost a tím méně záření dopadne na zemský povrch. Oblaky složené z velmi jemných kapiček jsou obecně bělejší a kdyby se jimi podařilo pokrýt velkou část oceánů, zvýšila by se odrazivost celé Země a tím by došlo k jejímu ochlazení.

Profesor Stephen Slater umí vyprodukovat velmi jemnou vodní mlhu s kapičkami o průměru několika mikrometrů. Předpokládá, že flotila automatických lodí poháněných větrem a produkujících takovou mlhu by mohla „nabílit“ velkou část oceánských mraků. Cenu lodí odhaduje na 200 milionů USD. Vypočítal, že nabílení 25 – 50 % plochy oceánu způsobí pokles dopadajícího slunečního záření o 3 Watty na metr čtvereční. Jak by se takto uměle vytvořené mraky chovaly, jestli by z nich nepršelo více nebo naopak méně, jestli by se nenarušilo vzdušné proudění či dokonce neovlivnily monzuny, si zatím nikdo netroufá ani odhadovat.

Stratosféra, Fresnelova čočka a další
Pokud vám předchozí nápad přišel bizarní, vězte, že to rozhodně není všechno. Další geoinženýring navrhuje vytvořit lepší odraznou vrstvu rovnou ze stratosféry, kam by nasypal větší množství odrazivých částeček. Předpokládá, že by tam vydržely nejméně rok, než by bylo potřeba vrstvu obnovit. Drobné částečky ovšem v nižších vrstvách atmosféry slouží jako kondenzační jádra pro mraky, takže by pokus mohl skončit mnoha různými způsoby, z nichž některé by se nám asi nezamlouvaly.

Další projekty jdou ještě dál, a to doslova. Navrhují přímo zmenšit množství slunečního záření, které na Zemi dopadá. Kupříkladu umístěním obrovské rozptylné čočky, která by záření rozptylovala, do vesmíru. Případně mezi Slunce a Zemi instalují obrovský štít, který způsobí permanentní částečné zatmění Slunce a opět způsobí, že se Země začne ochlazovat.

5. Smíříme se s tím, že nám bude poněkud tepleji

Poslední možností je, že si ušetříme peníze i námahu a připravíme se na změnu klimatu. Pro nás by to mohlo znamenat, že budeme mít blíž k  moři, místo smrčků nám na zahradě porostou kokosové palmy a pohraniční stráž bude lapat uprchlíky z Holandska.

Edita Bromová
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Průlom na tokamaku DIII-D. Zbystřete!

Režimy typu „Super H Mode“ demonstrují zlepšenou výkonnost fúze a umožňují zásadní krok směrem k ekonomické fúzní energii. Pokud Američané něco označí za „super výsledek“, bývá to zpravidla návnada pro sponzory. Ovšem pod zprávu z 24.

Počítač modeluje nestability ve fúzních plazmatech

Nestability plazmatu byly a jsou a budou velkou překážkou při udržení termojaderného plazmatu dobu dostatečně dlouhou pro fungování využitelné termojaderné fúze. Existuje řada počítačových programů – kódů, které dokáží simulovat chování plazmatu včetně rozvoje, průběhu nejrůznějších jeho nestabilit.

Proč si koupit elektrokolo?

Elektrokola zažívají poslední dobou obrovský boom. Oblibu získává tento dopravní prostředek doplněný o elektrický pohon zaslouženě. Na e-kolech snadněji a pohodlněji zdoláte náročnější terény a z jízdy se tak můžete radovat, ať je vaším cílem obchodní ...

Učit se, učit se, učit se – před 100 lety a po americku

V článku První světová válka, elektrotechnika a američtí vynálezci (https://www.3pol.cz/cz/rubriky/bez-zarazeni/2283-prvni-svetova-valka-elektrotechnika-a-americti-vynalezci) jsme si prohlíželi stránky starého (již dávno zaniklého) amerického měsíčníku The Electrical Experimenter z roku 1918.

Novinky o kosmu na letošní podzim

Centrum studentských aktivit České kosmické kanceláře a vzdělávací spolek KOSMOS-NEWS upozorňují na aktuálně zařazené a probíhající programy pro studenty, mladé vědce a ostatní mladé zájemce o kosmonautiku.

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail