Dwutlenek węgla –jak go ograniczać i składować?

Magdalena Okoniewska

Ograniczanie emisji dwutlenku węgla to konieczność wynikająca ze zmian klimatycznych. Na temat tych zmian mówił profesor Grzegorz Pieńkowski z Państwowego Instytutu Geologicznego Państwowego Instytutu Badawczego, który przypomniał o postępującym zjawisku ocieplania klimatu.

Nieuchronne zmiany klimatyczne

– Jako środowisko naukowe jesteśmy zaskakiwani nowymi informacjami na ten temat. Wynika z nich, między innymi z danych pochodzących z Antarktyki, że tempo ocieplania klimatu jest piorunujące. W związku z tym perspektywa wzrostu poziomu morza o 3 metry w ciągu 100–150 lat jest całkiem realna, Nie możemy tego problemu odpuścić, nawet w obliczu innych problemów i napięć, których nie brakuje obecnie na świecie – mówił profesor Pieńkowski.

Podkreślił także, że samo zatrzymanie emisji dwutlenku węgla to za mało. System ziemski działa w ten sposób, że włączają się tak zwane sprzężenia zwrotne, czyli na przykład rozmarzanie wiecznej zmarzliny, która uwalnia dodatkowe ilości metanu. Punktem krytycznym będzie uwolnienie hydratów metanu z den oceanicznych. Efektem takich zjawisk w przeszłości były efekty cieplarniane, które zmieniały klimat na ziemi do tego stopnia, że następowały wielkie wymierania.

W związku z tym konieczne jest podjęcie działań mających na celu nie tylko ograniczenie emisji CO2, ale także wychwyt i trwałe wiązanie obecnego już w atmosferze dwutlenku węgla oraz wykorzystanie jako paliwa bezemisyjnego wodoru.

Lotos planuje wychwyt CO2

Rafineria Lotos w Gdańsku produkuje około 17 ton wodoru na godzinę, jest on wykorzystywany do celów technologicznych, takich jak odsiarczanie i procesy konwersji. Produkowane jest także 180 ton dwutlenku węgla na godzinę, który można łatwo wychwycić podczas tego procesu. O wiele trudniej osiągnąć to w przypadku spalin pochodzących na przykład z systemów grzewczych.

– Myślimy nad wychwytem dwutlenku węgla. Mamy do dyspozycji dwie metody: sekwestrację albo utylizację. Można z CO2 wytworzyć kolejne substancje, które mogą zostać ponownie wykorzystane, jednak do tego celu potrzebna jest stosunkowo tania energia, którą na razie nie dysponujemy – mówił Jan Biedroń, szef Biura Technologii, Grupa Lotos S.A.

Motorem do tego, aby dwutlenek węgla wychwytywać i w rozsądny sposób zagospodarować, z pewnością są opłaty za emisje, które rosną w zastraszającym tempie.

– Sekwestracja lub pompowanie dwutlenku węgla pod ziemię może być jakimś rozwiązaniem, ale nie jest ono doskonałe. Myślimy też o tym, aby część naszego wodoru zastąpić wodorem z elektrolizy. Obecnie jesteśmy na etapie planowania takiego projektu. W tym wypadku zastąpienie całego wodoru wydaje się raczej mało prawdopodobne ze względu na koszty i brak odnawialnej energii elektrycznej. Planujemy natomiast budowę elektrolizerów o mocy około 100 MW, co pozwoliłoby nam zastąpić jeden reforming parowy. Jest to pewien plan na zmniejszenie emisji CO2, ale oczywiście czekamy na energię odnawialną – mówił Jan Biedroń.

Trzeci sposób rozważany przez Lotos to wykorzystanie fermentacji beztlenowej odpadów do produkcji biogazu, oczyszczenie biogazu do biometanu i zastąpienie nim gazu ziemnego.

Produkcja wodoru z certyfikatem

Warunkiem wykorzystania wodoru jest uzyskanie przez niego certyfikatu. Jedną z metod, aby wodór produkowany metodą reformingu parowego uzyskał certyfikat, jest zastosowanie wychwytu dwutlenku węgla w takim procesie.

Na ten temat mówił Michel Nils, przedstawiciel firmy Air Liquide, która jako jedna z czterech firm bierze udział w programie certyfikacji, dającym gwarancje pochodzenia wodoru.

– Pierwszy obiekt, w którym stosowany jest wychwyt CO2 z zastosowaniem metody reformingu parowego, uruchomiliśmy w roku 2015. Jest to nowa technologia, polegająca na separacji dwutlenku węgla, który jest potem dostępny w formie wysoko oczyszczonej. Wychwytywanych jest 300 ton CO2 dziennie. Uzyskujemy na godzinę 50 tys. m sześc. Dwutlenku węgla, który może być upłynniany lub utrzymywany w formie gazowej – mówił Nils.

Inna metoda stosowana przez Air Liquide do wychwytywania CO2 polega na zastosowaniu strumienia metanowego.

Hub wodorowy w Porcie Gdynia

Na temat działań Portu Morskiego Gdynia, dotyczących wychwytu dwutlenku węgla mówiła Beata Szymanowska – kierownik Działu Badań i Rozwoju Technologii Portu Gdynia S.A. członek rady koordynacyjnej ds. wodoru przy Ministerstwie Klimatu i Środowiska.

– Na terenie portu działają setki różnych przedsiębiorstw. Jednak Port Gdynia jest stosunkowo niewielkim portem i produkcja CO2 na jego terenie nie jest dużym problemem. Jednak na pewno zarząd Portu Gdynia umieści w swojej strategii wielkość emisji CO2, sposób jego zagospodarowania i wykorzystania przy produkcji zielonego wodoru – mówiła.

Port Gdynia rozważa produkcję wodoru metodą elektrolizy lub reformingu parowego.

– Analizujemy, czy na obszarze terminali jest możliwość zainstalowania elektrolizerów z zastosowaniem paneli fotowoltaicznych. Mamy nadzieję, że takie rozwiązanie będzie atrakcyjne dla naszych klientów. Opracowaliśmy dokument „Hub wodorowy w Porcie Gdynia”, obliczyliśmy poziom zapotrzebowania na wodór, który wynosi około 3,5 tysiąca ton rocznie na terenie portu. Natomiast w przypadku naszych partnerów spoza granic administracyjnych portu mówimy o zapotrzebowaniu w wysokości 6,5 tysiąca ton wodoru rocznie – mówiła Beata Szymanowska.

– Będziemy korzystać z wodoru dostarczanego przez firmy zewnętrzne, na początku będzie to wodór szary, gdyż wodór zielony jest zbyt drogi. Rozmawiamy na ten temat z Lotosem i Orlenem. Namawiamy także operatorów terminali, aby wymienili swoje urządzenia na wodorowe – mówiła

Planowane jest także uruchomienie na terenie portu farmy fotowoltaicznej, być może dzięki uzyskaniu nadmiaru energii będzie można przy jej pomocy produkować zielony wodór.

Potrzebne regulacje i ulgi podatkowe

Ograniczając emisję CO2, Grupa PGE planuje odejście od węgla i zastąpienie go mniej emisyjnym gazem. W roku 2050 Grupa zamierza być neutralna klimatycznie.

– W związku z tym rozważamy zastosowanie wychwytu CO2, jednak wymaga to kalkulacji. Ze wstępnym analiz wynika, że koszt wychwytu i składowania dwutlenku węgla wynosiłby około 60–80 euro za tonę. W celu wprowadzenia takich rozwiązań szukamy partnerów, którzy zajęliby się przesyłem i składowaniem CO2 lub jego przetwarzaniem – mówił Rafał Nowakowski, dyrektor Departamentu Badań i Rozwoju PGE Energia Ciepła S.A., który zwrócił uwagę na wiele barier w kwestiach regulacyjnych.

– Brakuje w tym zakresie regulacji, zarówno na poziomie krajowym, jak i unijnym – dodał.

Rozwiązania przewidujące ulgi podatkowe za wykorzystywanie dwutlenku węgla do celów rolniczych stosowane są na przykład w Holandii. Działa tam system wspierania wychwytu, przesyłania i wykorzystania CO2.

W Polsce podejmowane są już pewne działania na szczeblu rządowym. W sierpniu 2021 roku Ministerstwo Klimatu powołało zespół do spraw rozwoju wychwytywania, magazynowania i wykorzystania dwutlenku węgla, które zajmuje się analizą tego tematu

Składowanie CO2 – jak i gdzie?

Większość wychwyconego CO2 musi zostać trwale zeskładowana. Składowanie musi spełniać kilka kryteriów: powinno być trwałe, nieniszczące dla środowiska i efektywne ekonomicznie.

Ze względu na sposób składowania sekwestrację geologiczną można podzielić na magazynowanie CO2 w zbiornikach umieszczonych pod powierzchnią ziemi albo wiązanie CO2 w strukturze minerałów i skał. Obecnie jest stosowana sekwestracja przez włączanie do porowatych skał dwutlenku węgla wychwyconego w źródłach punktowych. Magazynowanie, nazywane sekwestracją fizyczną, zapewnia umieszczenie CO2 w podziemnym zbiorniku. Jest nim najczęściej skała osadowa, podziemna warstwa solankowa lub niezdatny do eksploatacji pokład węgla. Magazynowanie oparte jest na uwięzieniu wychwyconego dwutlenku węgla w przestrzeniach porowych (obszarami pomiędzy ziarnami), naturalnie występujących w tych skałach.

Na ten temat mówił profesor Grzegorz Pieńkowski, który wskazał, że w Polsce są dostępne struktury, w których można składować dwutlenek węgla, i przypomniał, że składowanie CO2 rozpoczęto w elektrowni Bełchatów już na początku XXI wieku (co zarzucono w roku 2008).

Zapewnił też, że składowanie CO2 jest bezpieczne, jedynym problemem mogą być źle zabezpieczone stare otwory wiertnicze.

W Polsce istnieją struktury pozwalające na składowanie CO2. Dla PGE Bełchatów jest to struktura Wojczyce (nieużytkowe wody solankowe), spełniająca wszelkie wymogi dotyczące przepuszczalności czy porowatości.

-Kluczowa jest jakość uszczelnień, stosowana jest także sekwestracja za pomocą kilku systemów, oddzielonych nieprzepuszczalnymi warstwami – mówił profesor Pieńkowski.

Na świecie funkcjonuje około 70 miejsc sekwestracji CO2 i są one bezpieczne. W Polsce jest wiele miejsc, które nadawałyby się do tego celu. Dla regionu Pomorza mogłyby to być okolice Płocka i Torunia.

Według profesora Pieńkowskiego sekwestracja, czyli trwałe wtłaczanie CO2 w struktury geologiczne, to jedyny sposób na uwolnienie się od śladu węglowego, ponieważ inne sposoby nie hamują emisji CO2 (z wyjątkiem procesu fotosytezy).

CO2 może być także składowany w formacjach bazaltowych, gdzie zachodzi trwałe wiązanie chemiczne dwutlenku węgla, jednak ten proces nie jest tak skuteczny jak wtłaczanie dwutlenku węgla w nieużytkowe wody solankowe.

– Przy tak skoncentrowanej działalności jak ta dotycząca Elektrowni Bełchatów CCS jest metodą na uzyskanie bezemisyjnej elektrowni węglowej – mówił profesor.

– Gazowo–elektryczny blok elektrowni Bełchatów o mocy 100 MW emituje 5 mln ton CO2, jest to ilość, którą można składować we wskazany sposób – potwierdził Rafał Nowakowski z PGE.

Zamiast składować – lepiej mniej emitować

Jan Biedroń z Lotosu podkreślił, że wychwytywanie CO2 i składowanie wymaga zastosowania technologii, która także skutkuje emisją tego gazu.

– Najlepszym wyjściem byłoby stosowanie takich paliw, które pozwalają emitować jak najmniej CO2 lub wcale. Przyglądamy się różnym lokalizacjom, jeśli chodzi o produkcję wodoru, którego transport jest drogi. Rozważamy elektrolizę i reforming parowy o małej skali – mówił.

O redukcji CO2 mówił też Rafał Nowakowski, który stwierdził, że zastosowanie wodoru w ciepłownictwie byłoby bardzo niskosprawnym procesem (rzędu 30 procent), dlatego PGE nie planuje na razie wykorzystanie w tym celu wodoru.

– Jeśli pojawia się technologie i możliwości, to będziemy rozważać spalanie zielonego wodoru. W tej chwili poszukujemy innych technologii umożliwiających produkcję ciepła, takich jak pompy ciepła, kotły elektrodowe, wykorzystujące zieloną energię. Takie kotły zostały zainstalowane przez PGE w elektrociepłowni w Gdańsku– dodał.

Panel pod tytułem „Co zrobić z CO2? Czyli pomalujmy wodór na niebiesko! Możliwości i potencjał zastosowania sekwestracji i mineralizacji CO2, czy może produkcja pomidorów?” odbył się drugiego dnia Forum Wizja Rozwoju.

Moderatorem panelu był Marek Foltynowicz – ekspert ds. Wodoru Regionalnej Izby Gospodarczej Pomorza

W panelu wzięli udział: Jan Biedroń, szef Biura Technologii, Grupa LOTOS S.A., Michel Nils – senior sales manager Transition Europe Air Liquide Engineering & Construction, Rafał Nowakowski – dyrektor Departamentu Badań i Rozwoju PGE Energia Ciepła S.A., Grzegorz Pieńkowski – profesor w Państwowym Instytucie Geologicznym – Państwowym Instytucie Badawczym oraz Beata Szymanowska – kierownik Działu Badań i Rozwoju Technologii, Zarząd Morskiego Portu Gdynia S.A.

V edycja Forum Wizja Rozwoju odbyła się 20 i 21 czerwca 2022 roku w Akademii Marynarki Wojennej w Gdyni. Tematyka wydarzenia, które odbywało się pod patronatem Premiera RP Mateusza Morawieckiego, dotyczyła najważniejszych wyzwań stojących przed polską gospodarką, między innymi związanych z szeroko pojętym bezpieczeństwem, energetyką, MEW (małe elektrownie wodne), gospodarką morską, troską o lokalną tożsamość i rozwój społeczności lokalnych. W ramach spotkania odbyło się Forum Kół Gospodyń Wiejskich, Kongres Srebrnej Gospodarki oraz Hackathon.