Spojené státy pokračují v miliardových investicích do zachytávání škodlivého oxidu uhličitého. Před několika dny totiž tamější ministerstvo pro energetiku ohlásilo další plánované výdaje v této oblasti, které mají přesáhnout hranici dvou miliard dolarů. Peníze na to mají ve Spojených státech najít v rámci Bidenova plánu investic do infrastruktury.

Americké ministerstvo energetiky chce investice směřovat hlavně do průmyslových odvětví a do zajištění rozmístění infrastruktury, díky čemuž bude umožněno dosažení čisté ekonomiky, a tedy hospodářství s nulovými emisemi. Finance mají směřovat i na komercializaci této technologie.

Od ledna loňského roku vydal tamější Úřad pro hospodaření s fosilními palivy a uhlíkem přes 210 milionů dolarů do 45 výzkumných a vývojových projektů, a to i do analýz proveditelnosti. Nyní tak chce v tomto směru pokračovat.

Aktuální návrh naznačuje, že o peníze z programu by mohly žádat takové projekty, u kterých se bude minimální kapacita konečného uložení oxidu uhličitého pohybovat alespoň okolo padesáti milionů tun, a to do třiceti let od zprovoznění. V první fázi by však mohla taková hodnota činit i pouze sto tisíc tun za rok.

Ministerstvo energetiky v USA ale také mimo jiné stanovilo, že z programu budou vyloučeny ty projekty, které oxid uhličitý ukládají za účelem těžby ropy.

Přímé zachycování uhlíku ze vzduchu je v současné době příliš nákladné. Londýnský start-up Brilliant Planet však tvrdí, že to nemusí platit bez výjimky. Jako důkaz předkládá svoji „přírodní technologii“, která dokáže oxid uhličitý likvidovat i ve velkém měřítku a přitom v porovnání s aktuálně známými technologickými postupy za výrazně nižší cenu. Podstatou nové technologie jsou květy řas namnožené v umělých jezírkách vybudovaných poblíž pouštního pobřeží, kam se posléze, když jsou „plné uhlíku“ ukládají.

Nový způsob eliminace oxidu uhličitého by měl podle jeho tvůrců umožňovat zachycení až miliardy tun uhlíku ročně. Má přitom téměř zanedbatelné energetické nároky a jeho cena se pohybuje kolem jedné desetiny současných konkurenčních technologií. Spoléhá totiž téměř zcela na přírodní procesy, k ukládání využívá levnou pobřežní pouštní půdu a má ještě vedlejší, ale rovněž významný benefit, protože průběžně odkyseluje mořskou vodu.

Jak řekl webovému portálu Climate Tech VC generální ředitel Brilliant Planet Adam Taylor, řasy jsou v podstatě účinnějším biologickým strojem pro zachycování uhlíku než stromy nebo rostliny, protože fotosyntéza probíhá na celém jejich povrchu.  Při vhodně nastavených podmínkách navíc rychle rostou a extrémně rychle se také množí.

To správné místo v poušti

Celý proces, s nímž přišel Brilliant Planet, vypadá poměrně jednoduše. Nejprve se vybere vhodné místo někde v neobývané pouštní krajině poblíž mořského pobřeží. Tým bioprospektorů pak začne filtrovat vzorky tisíců místních kmenů řas a vybere ty, které nejlépe vyhovují požadovaným kritériím na vázání CO2. Díky tomuto detailnímu průzkumu je zaručeno, že se nebude pracovat s žádnými zavlečenými druhy a že používaná řasa je již dobře přizpůsobena místnímu klimatu a podmínkám.

V následné fázi realizace se do moře nainstaluje soustava čerpadel, která budou přivádět mořskou vodu do řady tamtéž nainstalovaných nádob a jezírek, v nichž se budou množit vybrané řasy. Čerpadla se přitom instalují zhruba 2 až 3 km od břehu, aby mohla zachytávat čerstvější vodu, tedy chladnou a bohatou na živiny ze dna moře. Podle Brilliant Planet jsou tato čerpadla těmi energeticky nejnáročnějšími zařízeními celého systému, který přitom lze snadno připojit k jakékoli solární elektrárně v blízkosti.

V první fázi množení řasy zaplní čtyři jezírka, každé o rozloze 12 000 m2. Poté množení pokračuje. Společnost tvrdí, že je schopna vytvořit a udržovat optimální podmínky pro množení řas dlouhodobě.  Používá k tomu řadu nástrojů, například monitoring skládající se ze speciálních senzorů vlastní výroby, každodenní satelitní snímkování, veřejné zdroje předpovídání počasí a proprietárního softwaru založeného na simulaci biologických procesů na buněčné úrovni a také oceánského proudění. Při vyhodnocování dat nechybí umělá inteligence.

Jakmile jsou řasy zralé, jsou z největších jezírek pomocí jemných síťových filtrů sklizeny. Poté se suší na pouštním vzduchu, aby byla v další fázi jako vysušená slaná biomasa bohatá na uhlík uložena do mělkého pouštního úložiště, rozkládajícího se asi jeden až čtyři metry pod povrchem. Mezitím je odčerpaná a živin a kyselosti zbavená mořská voda vrácena zpět do oceánu a cyklus se opakuje.

Systém je zajímavý i tím, že na každou jednotku vody, která jím projde, se odkyselí ekvivalent 5,1 jednotky zpět na předindustriální hodnoty pH. To by mohla být dobrá zpráva pro organismy, jako jsou korály, škeble nebo měkkýši. Navíc voda s nízkým obsahem uhlíku a vysokým pH, která se vrací do oceánu, je připravena absorbovat více uhlíku z atmosféry, aniž se znovu okyselí.

Brilliant Planet se zatím může chlubit tím, že dokázala najít vhodné místní kmeny řas všude, kam se dosud podívala. Při tom již identifikovala přibližně půl milionu čtverečních kilometrů vhodně ploché pobřežní pouštní půdy, která představuje potenciál pro uložení asi dvou gigatun uhlíku ročně. Jinými slovy řečeno: tímto způsobem by se mohlo odstranit více než 5,5 procenta ročních celosvětových emisí CO2. O jak velké množství se jedná, si učiníme lepší představu, když řekneme, že je to polovina celosvětových ročních emisí veškeré dopravy.

Postrach pro konkurenci?

Společnost svoji metodu již úspěšně otestovala v Ománu a Jižní Africe a již více než tři roky ji prověřuje i ve svém současném testovacím zařízení o rozloze 3 hektarů v Maroku. V současné době připravuje výrazně větší demonstrační zařízení, které by se mělo rozkládat na celkové ploše 30 hektarů a do provozu by mělo být uvedeno v příštím roce. Pokud se všechna očekávání naplní, začne se již brzy budovat i zařízení pro komerční účely, které by se mělo rozkládat na ploše přibližně 1 000 hektarů. Toto zařízení by mělo odstraňovat přibližně 40 000 tun CO2 ročně.

Pokud vše půjde podle plánu, a technologii se opravdu podaří přivést na trh, měla by cena uložení jedné tuny uhlíkových emisí vyjít na 50 až 100 amerických dolarů. To by byla vážná konkurence například pro švýcarskou společnost Climeworks, která se ukládání uhlíku věnuje komerčně již od roku 2017 a loni obchodovala tunu emisí za  600 až 1 000 USD s tím, že do roku 2025 by prý tato cena měla klesnout k 250 USD za tunu.

V současnosti je tak pro  Brilliant Planet jediným cenovým konkurentem izraelská společnost High Hopes. Ta používá k odstraňování uhlíku zajímavou techniku stratosférických vodíkových balónů. Dnes je jasné, že Brilliant Planet bude k tomu, aby mohla fungovat efektivně na komerční bázi, potřebovat mnohem více půdy. Náklady na tuto půdu by však vzhledem k tomu, že půjde převážně o nehostinné pouštní lokality, neměly být relativně vzato příliš velké a ve srovnání například s flotilou tisíců stratosférických balónů je samozřejmě celá tato „biotechnologie“ mnohem jednodušší. Nemalým benefitem navíc by mělo již zmíněné odkyselování mořské vody. Budoucnost Brilliard Planet tedy sice možná nebude přímo brilantní, ale nemusela by být vůbec špatná.

Technologie na oddělování a ukládání uhlíku je dnes technicky zralá. Díky ní se mohou i energeticky náročná odvětví podílet na „zelenání“ ekonomiky, říká Ruth Gebremedhin, zástupkyně organizace Global CCS Institute.

Existují podle vašeho názoru nějaké významné technické překážky, které brání širokému rozšíření technologií ukládání uhlíku (zkráceně CCS, z anglické zkratky „carbon capture and storage“)? Nebo je to především finanční záležitost?

Největší překážka pro zavádění CCS do značné míry souvisí s nedostatkem dobré ekonomické motivace, a k tomu bude zase potřebí nějaké legislativní podpory. Technologie CCS existuje již 50 let a technické prvky týkající se plánování projektů CCS – i když jsou složité – jsou poměrně vyspělé a osvědčené. Aby se zavádění této technologie zrychlilo, bude zapotřebí vypracovat jasnější předpisy v oblasti ukládání uhlíku, která sníží riziko pro investory a zvýší jejich ochotu do projektů vstupovat.

A pokud se nevyskytnou žádné technické problémy, mohla by být technologie rychle nasazena do současných energetických, či průmyslových zdrojů? Lze ji snadno integrovat například do současných elektráren nebo cementáren?

To, kolik času může nasazení potřebovat, se může regionálně lišit. Do značné míry to závisí na dopravní a skladovací infrastruktuře spojené s projektem. Průměrně trvá 5-7 let, než se komerční projekt CCS zavede od počátečních fází plánování až do plného provozu.

A jaké jsou náklady? Mohli by projekty fungovat při současných cenách uhlíku, tedy povolenek, v Evropské unii?

Náklady na CCS se liší v závislosti na odvětví a na typu a kvalitě oxidu uhličitého, který je ze zařízení snižován. Mohou se pohybovat od 20 euro za tunu do 100 eur za tunu zachyceného a uloženého CO2. Pokud jde o trhy s uhlíkem, zvýšená cena uhlíku skutečně podněcuje průmysl k investicím do technologií snižování emisí, jako je CCS, protože povolenky jsou dražší.

Řež úložištěm oxidu uhličitého (foto CCS Institute, překlad SPE)
Řež úložištěm oxidu uhličitého (foto CCS Institute, překlad SPE)

Může se CCS uplatnit v energetice? Nebo je to reálné pouze pro průmysl? Proč? Jak může ovlivnit provozní náklady?

Vzhledem k tomu, že CCS je flexibilní technologie, lze ji použít v širokém spektru průmyslových odvětví, včetně energetiky, výroby cementu, chemické výroby a dalších. Pokud jde o provozní náklady, ty tvoří do značné míry náklady na přepravu a ukládání zachyceného CO2 a také energie potřebná ke každodennímu provozu samotného zařízení, ale jejich výše se projekt od projektu může lišit. Náklady je možné snížit, pokud je linka na separaci uhlíku součástí nějaké větší sítě, ve které infrastrukturu pro přepravu a skladování sdílí mezi sebou několik společnostmi. V evropském regionu se takové sítě zařízení na separaci a ukládání uhlíku ukazují jako nejvhodnější provozní model.

Hodně bylo slyšet o „čistém uhlí“. A co „čistý plyn“? A čistá průmyslová zařízení?

Uhlí se sice již desítky let z velké části používá jako zdroj energie, ale produkuje emise oxidu uhličitého, jejichž množství musí klesnout, pokud chceme do roku 2050 dosáhnout nulových čistých emisí. Podobně je tomu v mnoha dalších průmyslových odvětvích. Zachycování a ukládání uhlíku je účinná technologie, díky které mohou energeticky náročná průmyslová odvětví mohou být součástí zelené přeměny naší ekonomiky.

Může CCS dlouhodobě konkurovat klesajícím cenám obnovitelných zdrojů, třeba ve spojení s bateriemi?

V řešení klimatické krize mají své místo všechny osvědčené technologie a snahy o zmírnění dopadů na klima, včetně zalesňování, solární a větrné energie. Obnovitelné zdroje energie sice rychle zvyšují svůj podíl na výrobě elektřiny, ale dosažení nulových čistých emisí bude vyžadovat také hlubokou dekarbonizaci energeticky náročných odvětví, které nelze dosáhnout pouze elektrifikací. K řešení změny klimatu musíme využít všechny nástroje, které máme k dispozici, včetně obnovitelných zdrojů energie a zachycování a ukládání uhlíku.

Světové emise CO₂ z fosilních paliv a výroby cementu (foto faktaoklimatu.cz)
Světové emise CO₂ z fosilních paliv a výroby cementu (foto faktaoklimatu.cz)

Celosvětová kapacita CCS se zvyšuje. Je tento nárůst rozložen po celém světě, nebo se soustřeďuje do některých oblastí? A pokud ano, kde a proč? 

Na celém světě je 135 zařízení CCS v různých fázích příprav. Z hlediska počtu nasazených zařízení nadále vede Severní Amerika, kde jich je celkem 78. To je do značné míry způsobeno státní podporou, která motivuje k investicím. Příkladem může být daňová sleva 45Q, na kterou mají nárok projektanti CCS projektů ve Spojených státech.

Ve Spojeném království a v evropském regionu se situace z našeho pohledu výrazně zlepšila a celkem se připravuje 38 projektů na zachycení a ukládání oxidu uhličitého. Vláda Spojeného království vyčlenila více než jednu miliardu liber na podporu zachycování a ukládání uhlíku, přičemž se zaměřila zejména na rozvoj sítí CCS. Evropská Komise dala jasně najevo, že hodlá dál pokračovat v ochraně klimatu, a jejím cílem je do roku 2030 sníží emise o 55 %. Komise se rovněž zavázala zvýšit financování na rozšíření inovativních technologií v oblasti klimatu. Jen v letošním roce Komise zdvojnásobila finanční prostředky určené na inovační fond EU na 20 miliard eur, na které mohou dosáhnout i projekty na separaci a ukládání oxidu uhličitého.

V Asii a Pacifiku se zájem o CCS roste a příbývá regionů, které tuto technologii využívají ke snižování emisí v průmyslu. V různých fázích vývoje je celkem pět projektů. Jen v letošním roce se do klubu zemí, které s technologií experimentují, přidaly Malajsie i Indonésie oznámily.

Co je CCS a co dokáže

CCS je vlastně obdobou metod, které se používají už desítky let při těžbě uhlovodíků, tedy fosilních paliv. Těžaři oxid uhličitý pumpují pod zem, aby se zvýšila těžba ropy z daného naleziště. CO2 vytlačí z horniny uhlovodíky, které by jinak už kvůli poklesu tlaku v nalezišti nebylo možné vytěžit. “Ani oddělení CO2 není z technického hlediska problém. Existuje několik postupů, které je možné nasazovat podle konkrétního zdroje,” vysvětlil v rozhovoru pro náš server geolog Jaromír Leichmann z Masarykovy univerzity.

I když je technologie na pohled jednoduchá, její využití nedává samo o sobě ekonomický smysl. Postup je známý, ale pracný a tedy drahý. Bez nějaké státní podpory nemůže tato technologie dnes rozhodně na trhu konkurovat. Připravují se technologie druhé či třetí generace, které by měly přinést podstatné snížení ceny, ale to je všechno otázka budoucnosti. A ani v jejich případě nebude separace CO2 zadarmo. Bude záležet na tom, zda se společnost rozhodne, že tyto náklady navíc je ochotná zaplatit, či nikoliv. Neexistuje však jiný způsob, jak používat fosilní paliva a nevypouštět do vzduchu další CO2.

Podzemní kapacity pro ukládání CO2 jsou značné a emise uhlíku by mohly výrazně snížit na dlouhou dobu. Pro ČR máme předběžný konzervativní odhad úložné kapacity zhruba 850 milionů tun CO2, což by určitě umožnilo realizovat desítku projektů CCS. Česká republika přitom dnes produkuje ročně zhruba 100 milionů tun CO2, dvěma největšími individuálními producenty jsou elektrárny Počerady a Tušimice s produkcí kolem pěti milionů tun ročně. Celosvětově je potenciál mnohonásobě větší, a je těžké ho spolehlivě odhadnout. Dnes se odhaduje nejméně na stovky let dnešních emisí CO2.

Souvrství hornin musí mít dostatek drobných, milimetrových pórů, které může oxid uhličitý vyplnit. Musí být také dostatečně propustné, aby se mohl CO2 šířit do celého jeho objemu. Nad úložištěm musí být dostatečně silná vrstva těsnicí horniny, která funguje jako „poklička“ a brání pronikání uloženého plynu zpět na zemský povrch. V praxi jsou vhodné třeba některé hluboké geologické vrstvy obsahující vodu, obvykle slanou. Nebo také velmi hluboké a netěžitelné uhelné sloje, případně už vytěžená ložiska ropy a zemního plynu (i když těch třeba v České republice mnoho není).

Z geologické praxe je jasné, že CO2 je nepochybně možné uložit na velmi dlouhou dobu, existuje totiž celá řada geologických systémů, v nichž byl tento plyn zcela přirozeně uložen po dlouhá tisíciletí. A jak jsem už říkal, i lidé mají bohaté zkušenosti, protože CO2 se třeba v ropném průmyslu doslova pumpuje pod zem dlouhá desetiletí, zkušeností je tedy v tomto konkrétním ohledu poměrně dost a postupy dobře propracované.

V ČR byla a je průkopníkem výzkumu této technologie Česká geologická služba historicky, zabývá už od roku 2005. V současné době ČGS koordinuje česko-norský projekt CO2-SPICER, jehož cílem je připravit první české pilotní úložiště CO2 v dotěžovaném ložisku ropy a plynu na jihovýchodní Moravě. Projekt je spolufinancován Norskými fondy a Technologickou agenturou ČR a kromě výzkumných institucí z ČR a Norska je do něj zapojena i firma MND, jejíž účast je zárukou využití výsledků v průmyslové praxi.

Global CCS Institut je mezinárodní think tank, jehož cílem je urychlit zavádění CCS jakožto zásadní technologie pro řešení změny klimatu. Zveřejnění jeho zprávy předchází klimatické konferenci v Glasgow, na níž se sejdou představitelé vlád a pozorovatelské organizace včetně Global CCS Institute, aby vyhodnotili pokrok v oblasti klimatických závazků a podpořili zvýšení ambicí i konkrétní investice.

Zachycování a ukládání (a využívání) uhlíku (Carbon Capture and Storage – CCS, resp. Carbon, Capture, Utilization and Storage – CCUS) se často považuje za účinný způsob snižování globálních emisí skleníkových plynů. Proti tomuto názoru však zaznívají hlasy řady odborníků, kteří se domnívají, že tato technologie nepatří k těm, které by mohly výrazněji přispět k řešení klimatické krize.

Zachycování, využití a ukládání uhlíku je soubor technologií navržených k zachycování oxidu uhličitého z různých lidských činností produkujících vysoké emise. Jedná se především o energetické nebo průmyslové provozy, které jako palivo používají buď fosilní paliva, nebo biomasu. Oxid uhličitý je po svém zachycení stlačen a přepravován v potrubí, loděmi, po železnici nebo kamiony, aby byl na místě určení opět použit v různých průmyslových aplikacích nebo trvale uložen pod zem.

Argumenty proti

Jedním z těch, kteří mezi stoupence tohoto řešení nepatří, je Carroll Muffett, výkonný ředitel neziskového Centra pro mezinárodní environmentální právo (CIEL). „Existuje řada důvodů, proč je zachycování uhlíku špatným klimatickým řešením. Prvním a nejzásadnějším z těchto důvodů je, že toto zachycování není nutné,“ domnívá se.

Argumenty, které jeho centrum proti technologiím zachycování uhlíku vznáší, jsou především tyto:

– Ve skutečnosti zhoršují klimatickou krizi, protože de facto přispívají ke zvyšování produkce ropy.

– Dosavadní CCS technologie nejsou proveditelné nebo ekonomické ve větším měřítku, protože mohou zachycovat pouze zlomek emisí.

– Prodlužuje se jimi závislost na fosilních palivech a oddaluje se jejich nahrazení obnovitelnými alternativami.

– Vytvářejí environmentální, zdravotní a bezpečnostní rizika v lokalitách, kde se nachází CCS infrastruktura, tedy rozvodné potrubí a podzemní zásobníky.

Pochybnosti o užitečnosti zachycování a ukládání uhlíku vyjádřil také generální ředitel nadnárodní italské energetické firmy Enel Francesco Starace. „Zkoušeli jsme to, a když říkám ‚my‘, mám na mysli energetický průmysl. Během posledních 10 nebo 15 let jsme se opravdu velmi snažili najít řešení, ale bez úspěchu. Kdybychom totiž nějaké spolehlivé a ekonomicky zajímavé řešení již měli, proč bychom nyní zavírali všechny ty uhelné elektrárny, pokud bychom mohli dekarbonizovat celý systém?,“ říká Francesco Starace. Podle něj platí základní pravidlo: pokud se nová technologie do pěti let opravdu neuchytí, je třeba ji opustit. V případě CCS přitom lze hovořit minimálně o 15 letech snažení. „Existují i jiná klimatická řešení: Přestaňme vypouštět uhlík,“ navrhuje Francesco Starace.

Za českou energetickou společnost ČEZ vyslovil pochybnosti o významu CCS před několika lety její koordinátor pro výzkum a vývoj Aleš Laciok. Podle něj totiž bude v Česku pokles velkých energetických zdrojů emisí takový, že je otázka, jestli potom bude mít technologie CCS  vůbec nějaké uplatnění. Technickým problémem je pak zejména neefektivita ve fázi separace. Ta je způsobena tím, že koncentrace oxidu uhličitého ve spalinách je velmi nízká – u uhelných elektráren se pohybuje okolo 12 procent.

S CCS příliš nepočítá ani Mezivládní panel pro změnu klimatu (IPCC). Podle něj je jedinou možnou cestou rychlé vyřazení fosilních paliv spolu s omezeným odstraňováním uhlíku přírodními zdroji, jako je například zalesňování nebo zvýšení schopnosti půdy vázat uhlík.

Vyhozené peníze

Klimatičtí výzkumníci a aktivisté již dlouho tvrdí, že technologie zachycování a ukládání uhlíku jen prodlužují závislost světa na fosilních palivech a odvádějí pozornost od tolik potřebného obratu k obnovitelným alternativám. Ty jsou přitom z ekonomického hlediska rok od roku konkurenceschopnější. Analýza agentury Bloomberg New Energy Finance z roku 2020 například uvádí, že sluneční a větrná energie jsou již nejlevnějšími zdroji energie pro dvě třetiny světové populace.13

Dosavadní mnohamiliardové investice do CCS jsou tedy podle mnohých jen plýtváním prostředky, které by se mohly mnohem lépe využít jinde. Vždyť veškerým dosavadním efektem těchto investic je, že všech 28 zařízení CCS, která v současnosti po celém světě fungují, má kapacitu zachytit pouze 0,1 procenta celosvětových emisí fosilních paliv, neboli 37 megatun CO2 ročně. Z této kapacity pak je pouze 19 procent, neboli 7 megatun, zachyceno pro skutečnou geologickou sekvestraci. Zbytek se používá k výrobě ropy.

Příklady neúspěchu

Jako příklad selhání této technologie se uvádí zařízení CCS Petra Nova instalované v uhelné elektrárně poblíž texaského Houstonu v roce 2017. Toto zařízení ve spojení s elektrárnou mělo být podle provozovatele prototypem nízkouhlíkového zdroje. Elektrárna uváděla, že roční úspora emisí bude ekvivalentní emisím 300 000 automobilů. Během svého často přerušovaného provozu však systém CCS zachytil pouze 7 procent z celkových emisí CO2 elektrárny, což se zcela rozcházelo se sliby snížit emise o 90 procent. Zachycený uhlík byl navíc používán k těžbě ropy, kterou loňský výrazný cenový propad učinil neekonomickou. Provoz CCS a plynová elektrárna používaná k jeho pohonu tedy byly na neurčito odstaveny a uhelná elektrárna je tak nyní stejně náročná na emise jako dříve.

O několik let před krachem houstonského projektu neuspěl také projekt CCS v uhelné elektrárně Kemper ve státě Mississippi, v němž bylo „utopeno“ kolem osmi miliard dolarů.  

Na druhou stranu je třeba říci, že v současné době existuje ve světě, ale i u nás řada poměrně slibných projektů CCS. USA například jen v letošním roce oznámily více než 40 nových projektů. Zdá se tedy, že teprve nadcházející roky tedy zřetelněji ukážou, jak dalece je tato technologie životaschopná. Pravděpodobně však půjde spíše o životaschopnost v průmyslových aplikacích než v oblasti energetiky. 

Lidstvo ukládá stále větší část skleníkových plynů pod zem. Podle think tanku Global CCS Institute se rozjíždí boom technologií zachytávání a ukládání oxidu uhličitého (CCS). V roce 2021 vzrostl celkový počet komerčních projektů ve fázi přípravy a zařízení v provozu o 71 na 135, tedy o 90 %.

Kapacita systémů na zachycování a ukládání CO2 u všech sledovaných projektů zvýšila se již čtvrtým rokem v řadě. Merizoční skok byl mimořádný, téměř o třetinu. Celou zprávu o globálním stavu CCS za rok 2021 najdete zde.

Jak naučit staré palivo nové triky

Technologie by měla jednoduše řečeno umožnit další využívání fosilních paliv, a tedy stávající infrastruktury bez vypouštění dalšího uhlíku do ovzduší. Experti považují technologii CCS za základní prvek pro dosahování globálních cílů v oblasti ochrany klimatu.

Účinnost zachycení CO2 se obvykle pohybuje mezi 80 a 99 procenty, v závislosti na technologii. V podstatě je to však jediný způsob, jak s fosilního zdroje udělat zdroj nízkouhlíkový. Pokud bychom tedy opravdu chtěli vybudovat „nízkouhlíkovou ekonomiku“ a stále používat třeba uhlí či zemní plyn, jinou možnost než technologii separace CO2 a jeho ukládání nemáme.

„Pro dosažení čistých nulových emisí je technologie CCS naprosto zásadní a my předpokládáme, že růst v této oblasti bude pokračovat i nadále, protože klimatické ambice se stále více mění v konkrétní činy. CCS se stane nedílnou součástí dekarbonizace energetiky a průmyslových odvětví, jako je výroba cementu, hnojiv a chemických látek, a zároveň otevře nové příležitosti v oblastech, jako je například čistý vodík,“ řekl generální ředitel Global CCS Institute Jarad Daniels.

Velmi pomalý start

Projekty CCS se i přes svůj zajímavý potenciál dlouho nemohly dostat ani do fáze větších praktických experimentů. Cena byla příliš vysoká. A svou roli sehrálo i to, že i proti ukládání uhlíku existuje jistý politický odpor. Podle některých totiž v podstatě jen prodlužuje naši závislost na fosilních palivech, které se prostě musíme zbavit.

Evropské plány počítaly s rozjezdem několika velkých projektů do roku 2015, které měly být financovány z průmyslem odkoupených emisních povolenek. Ceny povolenek ovšem byly nečekaně nízké, a peníze se tak nenašly. Situace se ovšem změnila. Ceny povolenek jsou dnes nepříjemně vysoké, a CCS je jednou možností, jak si s rostoucí cenou uhlíku poradit (dodejme, že tento růst ceny uhlíku není problém jen čistě podniků a výrobců v EU, promítně se do ní nejspíše i zvažované uhlíkové clo, případně a daně ve státech i mimo Evropu.)

Podle roční zprávy o globálním stavu CCS existuje dnes na celém světě 135 komerčních zařízení, z nichž 27 je plně v provozu, 4 ve výstavbě a 102 v různých fázích přípravy. Aktuálně fungující zařízení jsou schopna ročně uložit 36,6 milionů tun CO2. Kapacita všech připravovaných zařízení letos vzrostla oproti roku 2020 o 48 % na 111 milionů tun. Pokud by se tedy podařilo dokončit všechny rozpracované projekty, celková roční kapacita by dosáhla téměř 150 milionů tun.

V zavádění technologie CCS zůstávají nadále globálním lídrem Spojené státy americké, které v roce 2021 oznámily více než 40 nových projektů. To lze přičíst daňovým úlevám, silnějším závazkům v oblasti klimatu včetně opětovného připojení k Pařížské dohodě i očekávanému nárůstu poptávky po nízkouhlíkových energetických produktech. Pozadu však nezůstává ani Evropa, kde kromě tradičních bašt CCS typu Norska, Nizozemí či Velké Británie vyvíjejí nová komerční zařízení Belgie, Dánsko, Itálie či Švédsko.

I v Česku

„V České republice byla technologie CCS až donedávna na okraji zájmu; v poslední době se však začíná více a více dostávat do povědomí odborné veřejnosti. Důvodem je jednak klimatická politika EU se zpřísněnými cíli redukce emisí do roku 2030 a klimatickou neutralitou v roce 2050, jednak rostoucí ceny emisních povolenek, které letos dosáhly rekordní výše.

Průmyslové podniky vypouštějící emise CO2 do atmosféry se tak stále naléhavěji snaží najít trvale udržitelné řešení, jak tyto emise redukovat. Pro řadu z nich se technologie CCS nabízí jako jedna z mála schůdných variant, často i jako jediná reálná varianta,“ říká Vít Hladík z České geologické služby.

Světové emise CO₂ z fosilních paliv a výroby cementu (foto faktaoklimatu.cz)
Světové emise CO₂ z fosilních paliv a výroby cementu (foto faktaoklimatu.cz)

Česká geologická služba historicky byla a stále je průkopníkem CCS v ČR; výzkumem v tomto oboru se zabývá už od roku 2005. V současné době ČGS koordinuje česko-norský projekt CO2-SPICER, jehož cílem je připravit první české pilotní úložiště CO2 v dotěžovaném ložisku ropy a plynu na jihovýchodní Moravě. Projekt je spolufinancován Norskými fondy a Technologickou agenturou ČR a kromě výzkumných institucí z ČR a Norska je do něj zapojena i firma MND, jejíž účast je zárukou využití výsledků v průmyslové praxi.  

Technologie CCS dnes nachází čím dál tím rozmanitější uplatnění v řadě odvětví, včetně výroby energie, zkapalněného zemního plynu (LNG), cementu, oceli, přeměny odpadu na energii, přímého zachytávání CO2 ze vzduchu s jeho následným uložením a výroby vodíku. Přitom začíná dominovat provozní model tzv. CCS klastrů, v němž více zdrojů emisí sdílí společnou dopravní a úložnou infrastrukturu.

Co je CCS a co dokáže

CCS je vlastně obdobou metod, které se používají už desítky let při těžbě uhlovodíků, tedy fosilních paliv. Těžaři oxid uhličitý pumpují pod zem, aby se zvýšila těžba ropy z daného naleziště. CO2 vytlačí z horniny uhlovodíky, které by jinak už kvůli poklesu tlaku v nalezišti nebylo možné vytěžit. „Ani oddělení CO2 není z technického hlediska problém. Existuje několik postupů, které je možné nasazovat podle konkrétního zdroje,“ vysvětlil v rozhovoru pro náš server geolog Jaromír Leichmann z Masarykovy univerzity.

I když je technologie na pohled jednoduchá, její využití nedává samo o sobě ekonomický smysl. Postup je známý, ale pracný a tedy drahý. Bez nějaké státní podpory nemůže tato technologie dnes rozhodně na trhu konkurovat. Připravují se technologie druhé či třetí generace, které by měly přinést podstatné snížení ceny, ale to je všechno otázka budoucnosti. A ani v jejich případě nebude separace CO2 zadarmo. Bude záležet na tom, zda se společnost rozhodne, že tyto náklady navíc je ochotná zaplatit, či nikoliv. Neexistuje však jiný způsob, jak používat fosilní paliva a nevypouštět do vzduchu další CO2.

Podzemní kapacity pro ukládání CO2 jsou značné a emise uhlíku by mohly výrazně snížit na dlouhou dobu. Pro ČR máme předběžný konzervativní odhad úložné kapacity zhruba 850 milionů tun CO2, což by určitě umožnilo realizovat desítku projektů CCS. Česká republika přitom dnes produkuje ročně zhruba 100 milionů tun CO2, dvěma největšími individuálními producenty jsou elektrárny Počerady a Tušimice s produkcí kolem pěti milionů tun ročně. Celosvětově je potenciál mnohonásobě větší, a je těžké ho spolehlivě odhadnout. Dnes se odhaduje nejméně na stovky let dnešních emisí CO2.

Souvrství hornin musí mít dostatek drobných, milimetrových pórů, které může oxid uhličitý vyplnit. Musí být také dostatečně propustné, aby se mohl CO2 šířit do celého jeho objemu. Nad úložištěm musí být dostatečně silná vrstva těsnicí horniny, která funguje jako „poklička“ a brání pronikání uloženého uloženého plynu zpět na zemský povrch. V praxi jsou vhodné třeba některé hluboké geologické vrstvy obsahující vodu, obvykle slanou. Nebo také velmi hluboké a netěžitelné uhelné sloje, případně už vytěžená ložiska ropy a zemního plynu (i když těch třeba v České republice mnoho není).

Z geologické praxe je jasné, že CO2 je nepochybně možné uložit na velmi dlouhou dobu, existuje totiž celá řada geologických systémů, v nichž byl tento plyn zcela přirozeně uložen po dlouhá tisíciletí. A jak jsem už říkal, i lidé mají bohaté zkušenosti, protože CO2 se třeba v ropném průmyslu doslova pumpuje pod zem dlouhá desetiletí, zkušeností je tedy v tomto konkrétním ohledu poměrně dost a postupy dobře propracované.

„Rychlost rozvoje CCS, kterou jsme za poslední rok zaznamenali, je značná, ale k dosažení cílů v oblasti klimatu je zapotřebí udělat víc,“ uvedla Guloren Turan, generální ředitelka pro podporu a komunikaci Global CCS Institute. „Scénář udržitelného rozvoje Mezinárodní energetické agentury předpokládá, že technologie CCS by měla k celkovému globálnímu snížení emisí CO2 do roku 2050 přispět 15 procenty, což vyžaduje stonásobné zvýšení stávající kapacity provozních zařízení.  A třebaže je rychlost rozvoje CCS velice slibná, tak k dosažení klimatických cílů do roku 2050 je zapotřebí ještě rychlejší zavádění odpovídajících technologií.“

Global CCS Institut je mezinárodní think tank, jehož cílem je urychlit zavádění CCS jakožto zásadní technologie pro řešení změny klimatu. Zveřejnění jeho zprávy předchází klimatické konferenci v Glasgow, na níž se sejdou představitelé vlád a pozorovatelské organizace včetně Global CCS Institute, aby vyhodnotili pokrok v oblasti klimatických závazků a podpořili zvýšení ambicí i konkrétní investice.

Je nepochybné, že význam vodíku coby zdroje energie bude nadále jen růst. Ekologicky šetrné výrobě vodíku se aktivně věnuje i německý chemicko-technologický gigant BASF. Ten nyní pracuje na zdokonalování dvou nízkoemisních procesů a ve vodíku spatřuje jeden z nástrojů k dosažení klimatické neutrality do roku 2050.

„Zaměřujeme se na získávání vodíku z metanu a elektrolýzou vody za pomoci obnovitelné energie. Kvůli výrazně nižší spotřebě elektřiny a vody má prioritu pyrolýza metanu, označovaná jako tyrkysový vodík,“ vysvětluje Filip Dvořák, generální ředitel společnosti BASF Česká republika.

Společnost BASF v této technologii spatřuje jeden z klíčů k bezemisní výrobě základních chemikálií, jež odpovídají za 70 % emisí chemického průmyslu. Na cestě k šetrné výrobě vodíku již BASF ve svém výrobním závodě v německém Ludwigshafenu dokončila zkušební zařízení pro nové procesy pyrolýzy metanu. Po úspěšném absolvování pilotních testů BASF předpokládá zavedení pilotního provozu. Nasazení této inovace v průmyslovém měřítku společnost očekává po roce 2030.

„Budoucí aplikace klimaticky šetrného vodíku závisí nejen na technické proveditelnosti, nýbrž i na ceně a dostupnosti zelené energie. Tempo rozvoje obnovitelných zdrojů tak spolurozhodne o tom, bude-li v příštím desetiletí projekt připraven pro plošné uvedení na trh,“ doplňuje Filip Dvořák. V zájmu zajištění dostatečného množství energie z obnovitelných zdrojů proto BASF provádí rozsáhlé investice. Například pro zásobování svého hlavního závodu v Ludwigshafenu plánuje ve spolupráci s RWE vybudovat pobřežní větrnou elektrárnu o předpokládané kapacitě 2 GW. Tyto plány by mohly znamenat snížení produkce CO2 o přibližně 3,8 milionu tun ročně, z čehož 2,8 milionu tun by eliminovala přímo společnost BASF v Ludwigshafenu. Vedle toho se BASF podílí také na výstavbě větrného parku Hollandse Kust Zuid s odhadovanou kapacitou 1,5 GW.

Ve spolupráci se společností Siemens Energy navíc BASF v Ludwigshafenu zkoumá možnosti výstavby vodního elektrolyzéru s kapacitou 50 MW pro bezemisní výrobu vodíku z vody a elektrické energie. Takto získaný vodík má najít využití především v závodě BASF, v omezené míře se bude používat také pro dopravu v metropolitním regionu Rýn-Neckar.

Součástí úsilí BASF o minimalizaci emisí je rovněž zajišťování kapacit pro ukládání CO2. V Antverpách, kde se rovněž nachází závod BASF typu Verbund, se chce společnost zapojit do jednoho z největších projektů pro ukládání CO2 v Severním moři. V rámci konsorcia Antwerp@C spolupracuje BASF na uskladnění emisí o objemu více než 1 milionu tun CO2 ročně. Konečné rozhodnutí o této investici má padnout v příštím roce.

Zachycování oxidu uhličitého se začíná měnit ze snu na byznys. Zatím jde o velmi malé a nedovyvinuté odvětví, stále ještě spíše sen či představa než skutečný „obchod“, ale náznaky jsou. A protože jde o odvětví tak nedopečené, je jasné, že se v něm bude ještě hodně experimentovat.

Jedním takovým experimentem s velmi smělými plány viditelnými již v názvu je kalifornská společnost Holy Grail, tedy „Svatý grál“ (v angličtině se tento výraz používá častěji než v češtině, jde o celkem běžnou metaforu pro cíl, po kterém prahnou všichni). Tento dva roky starý start-up se sídlem v kalifornském Mountain View, přistupuje k řešení problému, jak uhlík zachytit „v malém“.

Start-up staví prototyp malého a modulárního zařízení pro přímé zachycování oxidu uhličitého na vzduchu. To je výrazný rozdíl proti prakticky všem jimým projektům v této oblasti, a to nejen v kalifornském či americkém měřítku. Cílem většina prototypových linek či experimentů je zachycovat oxid uhličitý z velkých centralizovaných zdrojů, jako jsou elektrárny nebo průmyslové podniky.

Začít u sebe?

Podle Pereiry je zařízení na zachycování uhlíku stále ve fázi prototypu a mnoho konkrétních údajů – například předpokládaná velikost konečného produktu a doba, po kterou bude pravděpodobně fungovat – se teprve musí doladit. Nákladově efektivní separace oxidu uhličitého ze vzduchu je technicky sice zvládnutá, ale jde stále o poměrně „pracný“ proces. „Současné technologie jsou velmi složité. V zásadě se při nich [k zachycování uhlíku] používá buď teplota, nebo tlak.“ Což je samozřejmě hrubé zjednodušení, ale je pravdou, že dnešní separátory oxidu uhličitého z atmosféry byste doma mohli mít těžko. Skutečně jde o průmyslová zařízení, která mají odpovídající spotřebu energií a rozměry.

Pereira uvedl, že společnost chce vyvinout zařízení, které bude velmi jednoduše řečeno stačit „připojit do zásuvky“ – nebude potřebovat nic jiného než elektřinu. Bohužel, detailů je opravdu málo. Společnost je v procesu podávání patentů na tuto technologii, takže odmítl být příliš konkrétní ohledně mnoha charakteristik zařízení, včetně toho, z čeho bude vyrobeno (viz například nicneříkající rozhovor pro server CleanTechnica).

Cílem má být vytvořit malou jednotku, jejíž provoz bude možný bez i v malém; ekonomický model by tedy neměl spoléhat na úspory z rosahu. A má být modulární, takže je bude možné stohovat nebo konfigurovat podle požadavků zákazníka.

„Čističe“, jak zařízení nazval Pereira, by měly sloužit pouze k zachycování oxidu uhličitého, nebudou ho měnit například na palivo. Pereira místo toho vysvětlil že jakmile bude jednotka plná, mohla by ji společnost od zákazníka odvézt, ačkoli to, kde tento uhlík skončí, je stále otevřenou otázkou. Firma má evidentně ještě o čem přemýšlet.

Takto nějak by mohl vypadat závod společnosti Carbon Enginnering na odstraňování CO2 z ovzduší v Texasu (kredit Carbon Engineering)
Takto nějak by mohl vypadat závod společnosti Carbon Enginnering na odstraňování CO2 z ovzduší v Texasu (kredit Carbon Engineering)

Společnost začne s prodejem uhlíkových kreditů, přičemž své přístroje využije jako projekt snižování emisí uhlíku. Konečným cílem je prodávat „čističe“ komerčním zákazníkům a nakonec i jednotlivým spotřebitelům. Přesně tak: Holy Grail chce, abyste měli vlastní zařízení na zachycování uhlíku, možná dokonce přímo na své zahradě. Společnost má však před sebou pravděpodobně ještě dlouhou cestu.

„V podstatě přesouváme faktor škálování od výstavby velmi velkého megatunového zařízení a projektového managementu a všech těchto věcí k výstavbě zařízení běžným sériovým způsobem jako u jiných spotřebičů.“

Přestože společnost Holy Grail čeká ještě dlouhá vývojová a testovací fáze, nápad zaujal pozornost a kapitál známých investorů a zakladatelů ze Silicon Valley – kteří (doufáme v zájmu jejich investorů) ví něco více než my. Společnost tak nedávno získala 2,7 milionu dolarů v počátečním financování od společností LowerCarbon Capital, Goat Capital, zakladatele Stripe Patricka Collisona, Charlieho Songhursta, spoluzakladatele Cruise Kylea Vogta, spoluzakladatele Songkick Iana Hogartha, Starlight Ventures a 35 Ventures. Podíleli se také stávající investoři Deep Science Ventures, Y Combinator a Oliver Cameron, který spoluzakládal Voyage, autonomní vozidlo, které získala společnost Cruise.

V jihoaustralském státě Victoria byl uveden do provozu první provoz na produkci zkapalněného vodíku, informovala agentura Reuters. Australsko-japonský projekt za 390 milionů USD je zaměřen na produkci vodíku z hnědého uhlí, jehož zásoby Austrálie nyní plánuje využívat jinak než doposud.

Cílem projektu je vytvořit první komplexní dodavatelsko-odběratelský řetězec, tedy nejen zajistit výrobu, ale také využití a odbyt pro produkt. Hlavním odběratelem by mělo být Japonsko.

Závod se nachází ve státě Victoria, kde se nachází čtvrtina známých světových zásob hnědého uhlí. Využívá technologie vyvinuté firmou firmy Kawasaki Heavy Industries, která v principu ovšem není v principu nijak nový: hnědé uhlí se v něm mění na palivové plyny. Zplynování uhlí se užívá již od 19. století, obvykle však výsledným produktem byl svítiplyn či energoplyn. Ale proces se využívá i k výrobě významné části průmyslově produkovaného vodíku.

Nový proces má jednu zásadní změnu v tom, že by měl mít negativní uhlíkovou bilanci. Při zplynování uhlí se totiž samozřejmě uvolňuje i uhlík. Ten by se však v tomto případě měl ukládat pod zem. Vodík bude v rámci provozu zkapalněn, a pak spotřebován v místě výroby, nebo (výhledově) dopraven k zákazníkům. Produkce této prototypové linky by měla dosahovat zhruba 70 kilogramů denně (což je vzhledem k nízké hustotě vodíku cca 8 000 m3 vodíku denně, nebo zhruba 1 m3 kapalného vodíku).

Lom Anglesea v Austrálii (foto John Englart)
Lom Anglesea v Austrálii (foto John Englart)

Uhelná velmoc hledá budoucnost

Projekt je také součástí snah australského byznysu (i státu) najít si nové místo v mezinárodním obchodu. Země má jednu z největších zásob uhlí na světě, a tuto surovinu také ve velkém exportuje, především na asijské trhy. Vodíkový experiment tedy je součástí australské strategie k „ozelenění“ světové energetiky.

Země také chce zřejmě částečně využit svých zkušeností a infrastruktury z obchodu se zkapalněným zemním plynem. Na tomto trhu je Austrálie světovou dvojkou. Znovu se orientuje hlavně na asijské trhy, které právě na zkapalněný plyn spoléhají ve větší míře než Evropa či USA.

O výrobě vodíku se dnes obvykle mluví spíše v sousvilosti s obnovitelnými zdroji. Při tom se má využívat jednoduššího procesu elektrolýze vody. OZE vyrábí elektřinu, která se pak v případě nedostatku poptávky v síti má využívat k rozkladu vody na kyslík a vodík.

Load More