Zmniejszenie wielkości emisji poprzez zagospodarowanie przemysłowego dwutlenku węgla

Pilna potrzeba przeciwdziałania zmianom klimatycznym sprawiła, że na całym świecie wzrosło zainteresowanie wielkością emisji dwutlenku węgla przez przemysł. Mimo, że ten gaz cieplarniany jest niezbędny do życia na Ziemi, jego nadmiar w atmosferze spowodowany w dużej mierze działalnością człowieka, przyczynia się do globalnego ocieplenia.

W związku z tym przemysł coraz częściej poszukuje sposobów łagodzenia szkodliwych skutków, stymulowany przez zmieniające się regulacje, nadzór ze strony interesariuszy i rosnącą świadomość, że etyczną stroną związaną z prowadzeniem działalności gospodarczej jest odpowiedzialność za środowisko.

Dążenie do ograniczenia emisji dwutlenku węgla wynika z działań całej ludzkości na rzecz spowolnienia zmian klimatycznych. W związku z tym organy administracyjne wprowadzają coraz bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące technologii mających znaczący wpływ na klimat. Przełomowe Porozumienie Paryskie, ratyfikowane w 2015 r. przez 196 krajów, wyznaczyło globalny cel ograniczenia globalnego ocieplenia na 1.5°C powyżej poziomu z okresu przedindustrialnego. Utrzymanie temperatur w tych granicach będzie wymagało ograniczenia wielkości emisji gazów cieplarnianych o ok. 45% do roku 2030 a do roku 2050 wiele firm będzie musiało osiągnąć zerowy poziom emisji netto.

Celem wsparcia tego ambitnego celu, wprowadzane są regionalne przepisy ustalające cenę dwutlenku węgla, jak np. amerykańska ustawa o czystym powietrzu i ustawa o ograniczeniu inflacji, a w całej Unii Europejskiej Europejskie Prawo Klimatyczne i System Handlu Emisjami. Środki te nakazują lub zachęcają przemysł do zmniejszenia śladu węglowego, wymuszając na przedsiębiorstwach uwzględnienie kosztów emisji w podejmowaniu decyzji gospodarczych.

Oprócz regulacji prawnych istnieje szereg innych czynników, które powodują, że zainteresowanie technologiami zagospodarowania emisji dwutlenku węgla w przemyśle rośnie, a mianowicie:

• Cele przedsiębiorstw w zakresie zerowej emisji netto: wiele przedsiębiorstw dąży do realizacji globalnych celów i spełnienia oczekiwań swych interesariuszy, stawiając sobie ambitne wewnętrzne cele zerowej emisji netto. Realizacja kluczowych etapów wymaga dokładnych pomiarów, monitorowania i raportowania danych dotyczących wielkości emisji.
• Zgodność łańcucha dostaw: przedsiębiorstwa plasujące się na czole łańcucha dostaw, zaangażowane w realizację celów zrównoważonego rozwoju, stawiają podobne wymagania swym partnerom w łańcuchu dostaw i wymagają od nich wykazania, że prowadzą oni działania na rzecz ograniczenia emisji CO₂. Aby uniknąć ryzyka utraty cennych partnerów, dostawcy powinni między innymi określić cele i raportować ich realizację.
• Rynek CO₂: rynek dobrowolnej kompensacji emisji stanowi zachętę do ograniczenia emisji dwutlenku węgla i umożliwia przedsiębiorstwom kompensowanie wielkości emisji poprzez nabywanie uprawnień do emisji dwutlenku węgla, z których finansowane są inne projekty wychwytywania dwutlenku węgla.
• ESG: inwestorzy są coraz bardziej świadomi ryzyka finansowego związanego ze zmianami klimatycznymi, a niektórzy z nich domagają się przejrzystości i działań ze strony spółek, w które inwestują. W ostatniej dekadzie czynniki ESG zyskały szerszą akceptację, a dokonania przedsiębiorstw w zakresie zrównoważonego rozwoju są często uznawane za istotny wskaźnik długoterminowej wartości i odporności przedsiębiorstwa. Organizacje posiadające skuteczne strategie zagospodarowania emisji dwutlenku węgla są w lepszej sytuacji, jeśli chodzi o przyciąganie kapitału inwestycyjnego, zarządzanie ryzykiem reputacyjnym i uzyskanie przewagi konkurencyjnej w świecie, w którym odpowiedzialność za środowisko jest coraz bardziej ceniona.

W przeciwieństwie do tradycyjnych strategii ograniczenia wielkości emisji, które koncentrują się na bezpośredniej redukcji emisji, innym rozwiązaniem są działania w zakresie wychwytywania, wykorzystywania i składowania dwutlenku węgla (CCUS). Ich celem jest wychwytywanie gazowego dwutlenku węgla z dużych źródeł punktowych, a następnie wykorzystanie go do wytwarzania cennych produktów lub bezpiecznego składowania, aby zapobiec szkodom środowiskowym spowodowanym jego uwalnianiem. Każdy z tych trzech elementów szybko ewoluuje i regularnie pojawiają się coraz bardziej efektywne technologie.

Proces wychwytywania dwutlenku węgla polega na usuwaniu CO₂ ze strumienia gazów wylotowych, aby zapobiec jego uwalnianiu do atmosfery. Dostępne są różne metody jego realizacji, z których każda ma inne zalety i wady i każda jest na innym etapie dojrzałości technologicznej.

Wychwyt wtórny to najbardziej dojrzałe i szeroko stosowane rozwiązanie, polegające na wychwytywaniu dwutlenku węgla ze spalin wytwarzanych przez elektrownie i zakłady przemysłowe podczas spalania paliw kopalnych. Najczęściej stosowanymi rozpuszczalnikami pochłaniającymi dwutlenek węgla ze strumienia spalin są aminy.

Chociaż metoda ta skutecznie wychwytuje dużą część dwutlenku węgla, jest ona energochłonna i wymaga dużych ilości ciepła do regeneracji rozpuszczalnika aminowego. Negatywnie wpływa to na ogólną efektywność instalacji i procesu. Problem się nasila, jeśli energia jest uzyskiwana ze spalania paliw kopalnych.

Natomiast wychwytywanie przed spalaniem polega na wychwytywaniu dwutlenku węgla we wcześniejszych fazach procesu. W zależności od stężenia CO₂ można stosować procesy wychwytywania wykorzystujące aminy lub inne technologie.

Wykorzystanie to jeden z elementów technologii CCUS, dzięki któremu wychwytywany dwutlenek węgla nie jest już traktowany jako produkt odpadowy, który należy składować, ale jako produkt rynkowy.

Przykładem jest technologia intensyfikacji wydobycia ropy naftowej (EOR). Wychwycony dwutlenek węgla jest zatłaczany do wyczerpanych złóż ropy naftowej i gazu, celem zwiększenia produkcji ropy i jednoczesnego składowania CO₂ pod ziemią. Metoda ta wymaga jednak starannego monitorowania, aby do minimum ograniczyć potencjalne zagrożenia dla środowiska związane z wyciekiem CO₂ lub sejsmicznością indukowaną.

CO₂ może być również wykorzystywany jako surowiec do produkcji wielu cennych materiałów, takich jak beton, tworzywa sztuczne i paliwa. Jest to ekologiczna alternatywa dla konwencjonalnej produkcji opartej na paliwach kopalnych. Jednak jej sukces zależy od popytu rynkowego, obniżenia kosztów i ogólnego wpływu produktu na środowisko.

Wychwytywany CO₂ może również pomóc w dekarbonizacji przemysłu chemicznego, jeśli zostanie wykorzystany do produkcji cennych produktów, np. poliuretanów. Gospodarka o obiegu zamkniętym to obiecująca alternatywa, ale ze względu na nie może konkurować z tradycyjnymi technologiami produkcji opartymi na paliwach kopalnych.

Jeśli dwutlenek węgla nie może być ponownie wykorzystany z powodów technicznych lub ograniczeń kosztowych, musi być trwale składowany pod ziemią, aby zapobiec jego uwolnieniu do atmosfery. Geologiczne składowanie to najbardziej dojrzała i szeroko stosowana metoda sekwestracji dwutlenku węgla. Wymaga ona wtłaczania gazu głęboko pod ziemię do starannie wybranych formacji geologicznych. Do długoterminowego składowania dwutlenku węgla najlepiej nadają się wyczerpane złoża ropy naftowej i gazu ziemnego, głębokie słone warstwy wodonośne i kopuły solne. Te formacje geologiczne to duże i bezpieczne miejsca składowania dzięki nieprzepuszczalnym warstwom skalnym, które zapobiegają wyciekom CO₂ do atmosfery.

Bezpieczne i trwałe składowanie CO₂ wymaga starannej oceny lokalizacji, zaawansowanych systemów monitoringu i surowych regulacji. Działania te pomagają ograniczyć potencjalne zagrożenia, takie jak wyciek CO₂, zwiększone ryzyko trzęsienia ziemi i zanieczyszczenie wód gruntowych. Mimo że w dającej się przewidzieć przyszłości geologiczne składowanie pozostaje najbardziej realną opcją, kontynuowane są badania nad alternatywnymi metodami składowania.

Na przykład karbonatyzacja minerałów imituje naturalne procesy geologiczne, w których CO₂ reaguje z pierwiastkami w glebie i powoduje powstanie stabilnych minerałów węglanowych, które wiążą węgiel przez długi czas. Chociaż długoterminowe magazynowanie stwarza ogromne możliwości, proces ten wymaga znacznego nakładu energii i stanowi wyzwanie pod względem kosztów, zwiększenia skali i dostępności zasobów.

Mimo że technologie CCUS są coraz bardziej opłacalne, ich powszechne stosowanie wciąż napotyka na szereg przeszkód. Przede wszystkim technologie CCUS wymagają znacznych nakładów inwestycyjnych. Wdrożenie technologii CCUS na większą skalę, aby w sposób znaczący wpływać na globalną wielkości emisji, wymaga międzynarodowej współpracy, ale także ogromnych nakładów inwestycyjnych w nową infrastrukturę, w tym rurociągi, sieci do magazynowania i przesyłu.

Wychwytywanie i sprężanie CO₂ wymaga znacznych ilości energii, co częściowo osłabia korzyści płynące ze zmniejszenia wielkości emisji. Zwiększenie efektywności energetycznej technologii CCUS ma zatem kluczowe znaczenie dla zwiększenia ogólnych korzyści dla środowiska.

Oprócz tego istnieją obawy co do akceptacji technologii CCUS przez społeczeństwo, które należy rozwiać, zwłaszcza związane z możliwością wycieku dwutlenku węgla z magazynów geologicznych. Aby zdobyć zaufanie społeczeństwa, należy zbudować solidną infrastrukturę i wdrożyć surowe regulacje mające na celu zarządzanie ryzykiem związanym z emisjami przemysłowymi.

Zagospodarowanie emisji CO₂ wiąże się z określonymi wyzwaniami, jednak bezczynność może powodować konieczność pokonywania wielu dodatkowych trudności. Dwutlenek węgla uwalniany do atmosfery jako gaz cieplarniany wpływa na pogłębianie się problemów klimatycznych. Technologie CCUS to sposób na wyeliminowanie lub ograniczenie tego wpływu. Pomimo ich potencjału, pozostaje wiele do zrobienia, aby wdrożyć efektywne metody wychwytywania i efektywne strategie wykorzystania.

Opracowanie sposobów wykorzystania wymaga ciągłej współpracy pomiędzy organami administracyjnymi a przemysłem, ale w miarę rozwoju technologii zagospodarowania dwutlenku węgla i osiągania korzyści skali, można się spodziewać znacznego spadku kosztów. Poprawi to opłacalność ekonomiczną gospodarki o obiegu zamkniętym opartej na CO₂.

Badania nad innowacyjnymi technologiami, takimi jak CCUS, optymalizacja istniejących technologii w celu zwiększenia efektywności energetycznej i inwestowanie w odnawialne źródła energii to konieczne kroki, które każde przedsiębiorstwo przemysłowe powinno podjąć, aby ograniczyć emisję dwutlenku węgla. W miarę jak rośnie zapotrzebowanie na rozwiązania niskoemisyjne, przedsiębiorstwa efektywnie zagospodarowujące dwutlenek węgla mogą zyskać przewagę konkurencyjną. Zwiększa to również ich atrakcyjność dla inwestorów i poprawia ich wizerunek w zakresie zrównoważonego rozwoju.