Usuwanie CO2 z powietrza jedyną nadzieją dla Ziemi?

Wiemy, że cały świat będzie musiał włożyć sporo wysiłku, żeby spowolnić globalne ocieplenie. Sposobów na to jest kilka. Możliwe jednak, że usuwanie CO2 z powietrza okaże się naszą jedyną nadzieją.

Co się dzieje z klimatem?

Klimat jest niewątpliwie bardzo skomplikowanym tematem. Istnieje cała masa sprzężeń zwrotnych (polecamy zapoznanie się z tym zagadnieniem na stronie Ziemia na rozdrożu), które wzajemnie na siebie oddziałują, zmieniając w ten sposób klimat na Ziemi.

Podstawowym problemem, z jakim musimy się obecnie mierzyć, jest zbyt wysokie stężenie CO2 w atmosferze (ponad 400 ppm). Powoduje ono nasilanie się globalnego ocieplenia i wzrost temperatury na Ziemi.  I choć dwutlenek węgla nie jest jedyną siłą wpływającą na klimat, to w dużym uproszczeniu – odgrywa on największą rolę w tym spektaklu ocieplenia.

Coraz większe stężenie CO2 wpływa na oceany (zakwaszenie, wyższa temperatura wody, zaburzenia prądów morskich), a oceany na klimat (mniejsza rozpuszczalność CO2 w wodzie). Zmiany klimatu oznaczają częstsze i poważniejsze niż dotychczas kataklizmy naturalne (susze, powodzie, huragany). Więcej CO2 to także topnienie lodu, a w konsekwencji podnoszenie się poziomu mórz i zalewanie przybrzeżnych terenów łącznie z miastami.

usuwanie co2 storm bangkok

Czy usuwanie CO2 uchroni nas przed burzami i nawałnicami? / Źródło: Dominik QN; Unsplash.com

Jak widzicie, jest o czym myśleć. Mimo tego, że do 2021 roku (a może krócej?) świat będzie musiał się borykać z Donaldem Trumpem (klimatycznym denialistą i politycznym oszołomem), zakładamy, że pozostali przywódcy, którzy niedawno ratyfikowali Porozumienie Klimatyczne, wezmą się do roboty i zaczną na poważnie ograniczać emisje gazów cieplarnianych.

Negatywne emisje to konieczność

Niewątpliwie podstawowym sposobem na ograniczenie emisji gazów cieplarnianych jest rezygnacja ze spalania paliw kopalnych i przestawienie się na zieloną energię. Łatwo powiedzieć, ale dużo trudniej zrobić. Zwłaszcza, że planowane do tej pory działania państw w tej materii są dalece niewystarczające. Samo ograniczenie emisji nie wystarczy. Świat musi zacząć wprowadzać technologie, które zagwarantują negatywne emisje. O co w tym chodzi?

Negatywne emisje oznaczają, że więcej dwutlenku węgla będzie pochłaniane niż emitowane do atmosfery. Według prognoz, aby utrzymać wzrost temperatury naszej planety w zakresie 1,5÷2°C, około roku 2050 konieczne stałoby się korzystanie ze wszelkich sposobów pozwalających na pochłanianie dwutlenku węgla. Znanych jest ich kilka, z czego część oparta jest o naturalne metody, a część wiąże się z nowymi (acz do końca niesprawdzonymi) technologiami lub nawet geoinżynierią. Jest jedno ale. To nadal nie wystarczy.

350 ppm w atmosferze to nasz cel

Według profesora Hansena i jego zespołu badaczy osiągnięcie 350 ppm stężęnia CO2 w atmosferze do końca XXI wieku pozwoli zatrzymać wzrost temperatury poniżej 1,5°C. Ale żeby tego dokonać, trzeba nie tylko wspomóc się negatywnymi emisjami. Konieczne będzie też usuwanie CO2 z powietrza.

Naukowcy przeanalizowali pięć scenariuszy i wyszło im, że jeżeli corocznie emisje rosły by o 2%, to na koniec stulecia stężenie CO2 osiągnęłoby poziom 864 ppm – ponad 2 razy tyle, ile mamy obecnie (aż strach pomyśleć o konsekwencjach). Gdybyśmy się jednak zawzięli i w najbardziej optymistycznym scenariuszu ograniczali emisje o 6% rocznie, to wtedy byłaby szansa nawet na 386 ppm. Przy 3% spadku (bardziej realnym) w 2100 roku stężenie kształtowałoby się na poziomie 416 ppm.

usuwanie co2 wykres stężenie co2

Wykresy pokazujące poziomy stężenia CO2 w atmosferze – a) wariant bez usuwania CO2, b) wdrożone usuwanie CO2 / Źródło: Hansen et al. 2016

To jednak nadal sporo więcej niż limit 350 ppm, który powinien nam zagwarantować spowolnienie globalnego ocieplania. I tu właśnie do analizy profesora Hansena zostaje zaangażowany trik usuwania CO2 z powietrza. Osiągnięcie 6% spadku emisji gazów cieplarnianych oznaczałby pozbycie się 72 ppm z atmosfery. Przy ograniczeniu emisji o 3%, trzeba byłoby usunąć już 112 ppm dwutlenku węgla. Teoretycznie jest to wykonalne, a co najważniejsze, skutkiem ubocznym mniejszej zawartości CO2 w atmosferze byłyby niższe temperatury, co widać na poniższym wykresie.

usuwanie co2 wykres globalne temperatury

Wykresy pokazujące anomalie globalnej temperatury powierzchni Ziemi – a) wariant bez usuwania CO2, b) wdrożone usuwanie CO2 / Źródło: Hansen et al. 2016

Każdy 1 ppm CO2 oznacza około 2,1 Gt węgla w atmosferze, a przecież do usunięcia mamy go znacznie więcej. Jakie metody mogą nam w tym pomóc?

Naturalne pochłaniacze dwutlenku węgla

Pierwsze, co nam przychodzi do głowy, to oczywiście drzewa. Dużo drzew. Obecny minister środowiska, pan Szyszko, jest ogromnych zwolennikiem takiego sposobu wspierania świata w walce ze zmianami klimatycznymi (węgiel w Polsce jest przecież prawie święty). Chociaż idea jest słuszna, bo zalesianie na masową skalę może zatrzymać w obiegu około 1,1 Gt węgla rocznie, to taki proces nie będzie trwał w nieskończoność. Otóż lasy z wiekiem dojrzewają i przestają już chłonąć węgiel atmosferyczny tak, jak za młodu. Przyjmuje się, że 50 lat to maksymalny okres, który mogą nam zaoferować lasy przy okazji pochłaniania CO2. Do końca XXI wieku usunęłyby one 55 Gt węgla. Dobre i to.

usuwanie co2 lasy

Lasy bez wątpienia zapewniają nam usuwanie CO2 z powietrza / Źródło: zasoby własne

Zdolność pochłaniania CO2 mają także gleby. Ich potencjał w tym zakresie przyjmuje się na poziomie 0,7 Gt węgla. Ale w tym przypadku także mamy ograniczenia czasowe. Zazwyczaj mija 20 lat, aby gleba nasyciła się węglem. W optymistycznych scenariuszach czas ten wydłuża się do 50 lat. Oznacza to, że gleby mogłyby usunąć z powietrza od 14 do 35 Gt węgla do końca stulecia.

Gdybyśmy jednak dodatkowo zastosowali swoisty nawóz w postaci biowęgla (czyli tzw. biochar, który może być też wytwarzany z bioodpadów), to zdolność pochłaniania węgla przez gleby wzrosłaby o dodatkowe 0,7÷1,8 Gt. Summa summarum, specjaliści szacują, że obie metody (lasy i gleby) byłby zdolne zatrzymać na dłużej około 100 Gt węgla.

Algi tak, spalanie biomasy nie

Oprócz lasów i gleb przydać nam się mogą też algi, które zwiększają swoją masę od 30 do 60 razy szybciej niż rośliny na lądzie. Jedno z wyliczeń pokazuje, że gdyby 9% powierzchni oceanów pokryć hodowlami glonów morskich, wówczas pochłonęłyby one cały dwutlenek węgla emitowany przez ludzi. Co jeszcze lepsze, przy okazji dostarczyłyby takiej ilości doskonałej jakości białka (z keczupem smakują na pewno znacznie lepiej), która wystarczyłaby do wykarmienia 10 mld ludzi. Szok! A co więcej, można też użyć alg do usuwania CO2 wprost ze spalin.

Jest jeszcze pomysł nazwany w skrócie BECSS (ang. bioenergy with carbon capture and storage) na wykorzystanie biomasy do pochłaniania CO2. Niby słusznie, ale ostatecznie prowadzi to jedynie do jej spalenia, a wyemitowany i tak dwutlenek węgla trzeba gdzieś ukryć w ziemi. Nic specjalnego, zwłaszcza, że do realizacji tego konceptu potrzeba ogromnych ilości nawozów i wody, a co więcej, takie uprawy energetycznej biomasy byłyby konkurencją dla produkcji żywności. My mówimy temu pomysłowi nie.

Usuwanie CO2 z końca rury

Biorąc pod uwagę ideę ochrony środowiska, technologie końca rury powinny być stosowane jako ostateczność. W przypadku ograniczania emisji CO2 dochodzimy powoli do ostateczności. A przynajmniej do momentu, w którym, chcąc nie chcąc, będziemy zmuszeni sięgnąć po takie rozwiązania. Już od jakiegoś czasu działają na świecie instalacje, które wychwytują w różnych procesach dwutlenek węgla, a następnie go składują.

Według danych Global CCS Institute jest 39 dużych instalacji, ale póki co tylko 16 działających (reszta w budowie lub w planach). Projektów testowych jest znacznie więcej, bo aż 63, lecz znów tylko 20 z nich funkcjonuje. Okazuje się też, że część z nich wychwytuje CO2 jeszcze przed właściwym procesem technologicznym albo spalaniem lub wykorzystuje ten gaz do pozyskiwania ropy naftowej. Za to reszta musi różnymi metodami usuwać CO2 na koniec procesu (np. poprzez absorbcję).

usuwanie co2 schwarze pumpe

Usuwanie CO2 ze spalania węgla brunatnego w elektrowni Schwarze Pumpe w Niemczech / Źródło: Von SPBer – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, Wikipedia

W Polsce też był pomysł, żeby przy okazji rozbudowy Elektrowni Bełchatów (nota bene najbardziej trującej w całej Europie) skorzystać ze środków unijnych i wybudować przy okazji instalację CCS, czyli, z angielskiego, carbon capture & storage, a po polsku sekwestracji dwutlenku węgla. Rzeczywistość zweryfikowała ten projekt jako nieopłacalny, a do tego Unia Europejska wcale nie chciała podzielić się euro, więc ostatecznie pomysł upadł.

O ile z wychwytywaniem CO2 i jego transportem nie ma raczej problemu, to główne zastrzeżenia przy tej metodzie dotyczą podziemnego składowania. Zwolennicy twierdzą, że wtłoczenie dwutlenku węgla do różnych struktur geologicznych, wyczerpanych komór solnych albo pól naftowych czy gazowych nie spowoduje w przyszłości reemisji gazu do atmosfery, to przeciwnicy mówią co innego. Testy trwają i niedługo pewnie się okaże, czy będzie można (albo trzeba) wdrożyć tę technologię na dużo większą skalę, aby ratować klimat.

Nowatorskie metody usuwania CO2

Dużo lepiej dla nas brzmi pomysł Islandczyków. Mając do dyspozycji dwutlenek węgla wymieszany z siarkowodorem, wtłoczyli go wnętrza Ziemi. Okazało się, że gaz ten przekształcił się w stałą formę. Jak to możliwe? Otóż bazalt, czyli skała wulkaniczna, do której został wtłoczony dwutlenek węgla, stała się podłożem reakcji gazu z wodą. Jej wynikiem była kredopodobna substancja stała. A co najlepsze, około 95÷98% CO2 uległo takiej mineralizacji i to jedynie w ciągu kilku miesięcy (a nie nawet 12 lat jak do tej pory sądzono). Biorąc pod uwagę fakt, że bazalt jest najbardziej rozpowszechnioną skałą wulkaniczna na świecie, możemy mieć do czynienia z bardzo praktyczną technologią usuwania CO2.

usuwanie co2 bazalt islandia

CO2 na Islandii zamienia się w te białawe kryształki / Źródło: Science Alert

Jakiś czas temu świat obiegła informacja, że naukowcy opracowali metodę produkcji alkoholu z powietrza (prawie jak zamiana ołowiu w złoto). Oczywiście po zgłębieniu tematu okazało się, że z powietrza potrzebny jest dwutlenek węgla (i bardzo dobrze), a alkoholem, który powstaje jest niepijalny metanol. Proces pozwala na przekształcenie w temperaturze około 150°C nawet do 79% CO2 zawartego w powietrzu, więc jest to całkiem niezły wynik. Wprawdzie dalsze wykorzystanie metanolu zakłada jego spalenie (czyli emisje CO2 i tak powstaną), ale mimo to znacznie zostanie ograniczona ilość emitowanego dwutlenku węgla. Dalsze usprawnienia procesu są w toku, więc wierzymy, że ta technologia powiększy klimatyczny arsenał.

Usuwanie CO2 prosto z powietrza

Jeszcze dalej idzie pewien kanadyjski start-up. Ich pomysłem jest usuwanie CO2 wprost z powietrza za pomocą gigantycznych wentylatorów oraz instalacji wychwytującej dwutlenek węgla poprzez specjalny roztwór (wodorotlenek potasu). W ten sposób tworzy się węglan potasu, który w dalszym procesie przekształcany jest w węglan wapnia. Tenże pod wpływem ciepła rozpada się na czysty dwutlenek węgla oraz tlenek wapnia. Czysty CO2 może zostać wykorzystany w rożnych gałęziach przemysłu, albo wtłoczony do ziemi w ramach technologii CCS.

usuwanie co2 z powietrza pellet

Tak działa usuwanie CO2 prosto z powietrza / Źródło: Carbon Engineering

Idea jest ciekawa, musicie to przyznać. Fajnie byłoby zasysać CO2 z powietrza i w ten sposób zmniejszać jego stężenie w atmosferze. Teraz zacznie się jednak dalszy rozwój tej technologii, aby można ją było wdrożyć na większą skalę. Szkoda tylko, że na końcu musi powstawać dwutlenek węgla. Może Kanadyjczycy też znajdą na to sposób?

Cel redukcyjny uświęca środki?

Oczywiście nic nie zastąpi całkowicie zero-emisyjnych technologii. Odnawialne źródła energii, ku naszej uciesze, rosną w siłę, a kolejne kraje ogłaszają, że rezygnują z węgla (niestety nie Polska). Usuwanie CO2 z powietrza, mimo związanego z nim ryzyka, wydaje się koniecznością, która pozwoli na utrzymanie w ryzach wzrostu globalnej temperatury i stężenia dwutlenku węgla.

Nigdzie nie wspominamy o kosztach tych metod i technologii. Wprawdzie moglibyśmy to zrobić (mamy różne źródła), ale nie robimy tego, bo uważamy, że nie maja one większego znaczenia w obliczu tak poważnego zagrożenia, jakie niosą ze sobą skutki zmian klimatycznych dla przyszłych pokoleń. W tym przypadku powiedzenie „cel uświęca środki” ma chyba uzasadnienie, prawda?

 

Źródła: Inside Climate News, Hansen et al., Polska Energia – luty 2016, Carbon Engineering, Phys.org, Science Alert

Zapisz

Zapisz

Zapisz

(Visited 258 times, 14 visits today)