Piše: Almir SELMANOVIĆ, dipl.ing.maš. CETEOR Sarajevo, aselmanovic@ceteor.ba

UVOD

Dižu se iz zemlje kao čelični gradovi. Velika industrijska postrojenja su najveći emiteri CO2 koja umnogome doprinose globalnom zagrijavanju. Međutim samo u pojedinim velikim industrijskim postrojenjima kao što je npr. Mongstad najveće industrijsko postrojenje u Norveškoj se vrši testiranje izdvajanje ugljika. Između lavirinta cijevi i dimnjaka inženjeri u ovom objektu pokušavaju riješiti problem kako najbolje preokrenuti plimu CO2. Ispušni plinovi iz Mongstadske plinske elektrane te naftne rafinerije putuju kroz dvije različite cijevi. Onda se koriste različite tehnologije za izdvajanje CO2. Korisno je što se u tim takozvanim CO2 tehnološkim centrima mogu izdvojiti velike količine ugljika iz atmosfere i industrijske proizvodnje te pohraniti na siguran način. Ugljik se na ovaj način izdvaja iz klimatskog sistema. Izdvajanje ugljika je skupo. Međutim međunarodna energetska zajednica vjeruje da bi to moglo smanjiti globalnu emisiju CO2 za otprilike 14 %. U suštini ova testna lokacija je velika laboratorija ali u stvarnosti trebalo bi nekoliko hiljada potpuno operativnih postrojenja za izdvajanje ugljika kako bi se riješio problem sa CO2. Neki ekološki aktivisti vjeruju da se previše naglaska stavlja na potencijalno izdvajanje ugljika jer se i dalje omogućava korištenje fosilnih goriva ali dio stručne javnosti vjeruje da bi to moglo biti dio rješenja.UVOD

POTRAŽNJA ZA ENERGIJOM

Potražnja za energijom raste tako brzo tako da je nemoguće osigurati potrebe za energijom samo iz obnovljivih izvora energije. Kako bi se premostio prelazak u obnovljivu budućnost potrebna su postrojenja za izdvajanje ugljika za narednih 40 godina. Napredak koji je postignut usvajanjem i primjenom obnovljivih izvora energije ohrabruje, posebno sada kada su učinci klimatskih promjena sve izraženiji. Ali samo obnovljivi izvori neće biti dovoljni za smanjenje emisije ugljika prema potrebnoj stopi.

OGRANIČAVANJE EMISIJE CO2

Što ukoliko bi se prije svega mogla zaustaviti emisije ugljika u atmosferu na način da se spriječi ulazak. Pitanje koje se nameće jeste kako „uhvatiti“ emisije iz izvora emisije CO2 poput termoelektrana na ugljen ili tvornica cementa. Šta uraditi sa ugljikom nakon izdvajanja iz industrijskih postrojenja ili atmosfere. Gdje pohraniti CO2 ili još bolje pronaći primjenu.

To je moguće uraditi pomoću izdvajanja ugljika, iskorištenja i skladištenja, skraćeno CCUS. To nije novi koncept samo se sporo razvijao sve do sada. Brojna postrojenja za izdvajanje ugljika se planiraju ili grade diljem svijeta, pa se može vidjeti da ova tehnologija sve više primjenjuje.

No, da li je to zaista potrebno, koliki bi uticaj zaista mogao imati i je li to zapravo samo izgovor da se nastavi sa sagorijevanjem fosilnih goriva i da se okanimo industrija koje su najveći izvori emisija.

VRIJEME ISTINE

Energetski sektor je sada odgovoran za otprilike tri četvrtine svih emisija stakleničkih plinova, pa ako želimo imati bilo kakve šanse za postizanje ciljeva koji su postavljeni za smanjenje ovih emisija, ključno je da sve glavne industrije u ovom području učine sve što mogu na izdvajanju CO2.

Lako za izgovoriti ali ne i za uraditi. Bilo bi neophodno zatvoriti sva postrojenja na fosilna goriva i odmah ih zamijeniti obnovljivim izvorima energije. Međutim, to jednostavno nije moguće. Tranzicija mora biti postepen proces, što znači da ćemo ostati zarobljeni sa nekim neobnovljivim izvorima u našem energetskom miksu sve dok budu radila. Odnosno onoliko dugo koliko iznosi rok trajanja jednog takvog postrojenja.

Ali to ne znači da ove industrije trebaju nastaviti emisije CO2 na opasno visokim nivoima. Uz CCUS se može nastaviti sa sagorijevanjem uglja, nafte i plina bez brige o svim tim neugodnim emisijama što uopšte ne zvuči loše. Na ovaj način se uklanja pritisak da se odmah naprave velike promjene kad sve to možemo samo zakopati na neko vrijeme dok ne smislimo bolji put prema naprijed? Pa, jedna od kritika CCUS -a je ta što nekim industrijama i vladama daje izgovor da učine vrlo malo u vrijeme kada je veoma kritično da se poduzmu mjere za rješavanje klimatskih promjena. Uprkos tome, ovo je tehnologija koja se treba početi ozbiljnije shvaćati.

Na više međunarodnih skupova o klimatskim promjenama CCUS je  označen kao nužnost, a ne samo kao mišljenje kako zadržati klimatske promjene pod kontrolom. Uz energijsku efikasnost, obnovljive izvore energije kao i nova rješenja za skladištenje energije, čini se da će CCUS postati jedan od tri stuba odbrane od klimatskih promjena.

Slika 1. Tri stuba odbrane od klimatskih promjena

Uopšte nije teško shvatiti zašto je to tako. Procjenjuje se da se približno 90 % emisija generiranih u velikim industrijskim procesima i postrojenjima može „uloviti“, što bi bilo veoma djelotvorno. Zapravo CCUS najbolje funkcionira u situacijama gdje su prisutne visoke koncentracije CO2. U termoelektranama na ugalj smatra se da je moguće izdvojitii najmanje 800.000 tona CO2 godišnje, dok postrojenja na prirodni plin (koje proizvode manje CO2) mogu ponuditi više od 400.000 tona izdojenog CO2. To se postiže filtriranjem CO2 iz dimnih plinova pomoću posebnih otapala prije nego emisije uđu u  dimnjak.

Slika 2. Filtriranje CO2 iz dimnih plinova

Drugi proces uključuje usisavanje ugljičnog dioksida koji se već nalazi u atmosferi putem takozvanog direktnog hvatanja zraka – oblika tehnologije negativnih emisija. Mada može zvučati kao napredni koncept, CCUS traje već neko vrijeme. Ideja o prvom postrojenju za hvatanje ugljika nastala je 1938. godine, ali prvi veliki projekt koji je uključivao zakopavanje CO2 pod zemljom se dogodio tek 1972. u Teksasu. Bilo je potrebno još 24 godine da se u Sjevernom moru oko Norveške pojavi prvo kombinirano rješenje za izdvajanje i skladištenje ugljika. Dakle, teorija postoji već gotovo jedan vijek, ali postoje i velike praznine tako da je napredak i dalje vrlo spor. U cijelom svijetu postoje samo dvije velike elektrane na ugljen koje imaju CCS sposobnosti; Petra Nova u SAD-u i Canadas Boundary Dam, u vlasništvu Saski Power.

Ovo su postojeći energetski objekti u kojima je izvršena nadogradnja sa sistemom za izdvajanje i skladištenje tj. oba su bila projekti nadogradnje dakle nisu u pitanju nova energetska postrojenja. Posljednje informacije koje dolaze od  međunarodne energetske agencije, odnosno IEA tvrde da u svijetu radi samo 18 velikih CCUS objekata koji pokrivaju više pogona na ugalj i zajedno doprinose izdvajanju oko 33 miliona tona CO2 godišnje.

Ovo zvuči puno, ali i dalje iznosi samo 0,1 posto ukupne emisije ugljika u svijetu. Ne može se očekivati ​​da se mogu obuhvatiti sve emisije ugljika koje dolaze i iz raznih drugih izvora, poput transporta i stanovanja, ali je jasno da je potrebno učiniti još mnogo toga prije nego što CCUS počne davati glavni doprinos smanjenju emisija. Ipak, IEA je optimistična po pitanju tehnologije i predviđa budućnost u kojoj će CCUS-ovi objekti do 2060. izdvajati 115 gigatona CO2. Postavlja se pitanje zašto je potrebno toliko vremena da se stvari pokrenu? Veliki razlog zašto se stvari ne odvijaju onoliko brzo koliko je moguće, a možda je do sada već trebalo. Sve svodi se na jednu stvar koja sve pokreće ili lomi tj. novac.

Izdvajanje i skladištenje ugljika moglo bi biti odlično za okoliš i budućnost naše planete, ali to trenutno nije baš unosan posao i kompanijama nije lako ostvariti profit od toga, posebno ako je to trenutno veoma skup proces. Također postoji zabrinutost u pogledu dostupnosti lokacija širom svijeta na kojima se CO2 može pohraniti nakon što se uhvati. Neka područja, poput Sjevernog mora u Evropi, idealna su mjesta za podzemno skladištenje, ali se to ne može reći za svaku državu u svijetu koja je pod pritiskom da drastično smanji emisije i mogla bi mogla imati koristi od ove vrste rješenja. Neki tvrdnje govore o tome da je zatrpavanje pod zemljom previše rizično jer bi moglo doći do curenja iz rezervoara i vratiti se u zrak ili u zalihe vode. Druga neplanirana posljedica mogla bi biti povećanje pritiska pod zemljom koji dovodi do potresa koje bi proizveo čovjek takozvana inducirana seizmičnost.

Šta je sve potrebno uraditi i koji bi bio cilj koji je potrebno postići? Procjene se razlikuju o ukupnim kapacitetima potrebnim za postizanje ciljeva sprječavanja klimatskih promjena. Neki izvještaji kažu da će globalno biti potrebno čak 10.000 gigatona (Gt), međutim Imperial College London je nedavno napravio vlastite proračune kako bi zaključio da će biti potrebno samo 2.700 Gt i da smo zapravo na putu da to postignemo gledajući trenutni napredak. Vraćajući se na pitanje novca, jedan od načina da se zaradi od izdojenog  ugljika je da se pretvori u proizvod koji se može upotrijebiti na neki način. Ovo je slovo U iz naziva  CCUS. Proces pretvaranja CO2 u ekonomski vrijedan proizvod uključuje ili njegovo pretvaranje u materijale, hemikalije ili goriva kroz određene reakcije. Ugljični dioksid se koristi za ispiranje više nafte iz bušotina i rezervoara nego što se obično može izvući konvencionalnim načinima. Drugi zauzimaju ekološki prihvatljiviji pristup, kao što je Climeworks, švicarski start-up, koji koristi direktno hvatanje zraka za uklanjanje CO2 iz atmosfere i dalje se prodaje za gnojivo ili gazirana pića (Matt Smith, Carbon Capture Is Needed to Avoid Catastrophe, Says Dire Climate Report 2018). Jedna od najperspektivnijih upotreba izdvojenog CO2 kao građevinskog materijala mogla bi sve iznenaditi. CO2 se lako može pretvoriti u čvrsti agregat za upotrebu u betonu bez da se koristi puno energije u proizvodnji betona („manje cementa ista čvrstoća“).

Slika 3. Proces nastajanja kalcijum karbonata

Također se može koristiti za saniranje betonskih površina tako što se injektira u vlažni beton jer CO2 dobro reagira sa vodom i kalcijem, stvarajući čvrste kalcijum karbonate.

To znači da se CO2 može izolirati ili sakriti u zidovima i podovima tokom cijelog vijeka trajanja izgrađene strukture, a smanjuje i ugljični otisak proizvodnje betona, koji je odgovoran za oko osam posto emisije stakleničkih plinova.

Još jedan način da CCUS postane privlačnija poslovna perspektiva je stvaranje podsticaja kroz nove politike. Američki kongres je 2018. uveo porezni kredit koji nagrađuje kompanije za svaku metričku tonu CO2 koju uhvate i uskladište, dok postoji i novi kalifornijski zakoni koji nude poticaje kompanijama koje poduzimaju mjere za izdvajanje njihovog ugljičnog dioksida. Čak i ako se puno CO2 koristi za izvlačenje više nafte i plina iz zemlje, što je istina u mnogim slučajevima, to će barem pokrenuti više CCUS operacija.

Iako je pitanje novca u smislu cijene i profitabilnosti jedna od glavnih prepreka za široko usvajanje CCUS-a, tehnologija se sve više primjenjuje, što će početi obarati troškove. SAD su trenutni svjetski lider u razvoju i implementaciji CCUS -a, a Minnkota Power Cooperative sada nastoji izgraditi najveće svjetsko postrojenje za izdvajanje ugljika sa novim projektom Tundra. Time bi stanica u Sjevernoj Dakoti Milton R Young bila ponovno opremljena tehnologijom na bazi „amina“ za hvatanje nakon sagorijevanja, što bi je učinilo sposobnom za prikupljanje 4 miliona tona CO2 godišnje. Šta je tehnologija na bazi amina? Neke metode izdvajanja ugljika uključuju upotrebu otopina alkilamina ili skraćeno amina za odvajanje i uklanjanje štetnih spojeva poput CO2 iz dimnih plinova. Ovo je visoko efikasan način hvatanja CO2 visoke čistoće i koristi se češće od bilo koje druge metode u velikim projektima CCS-a.

Europa je još jedno žarište za CCUS inovacije. Energetski divovi Shell, Total i Equinor podnijeli su planove za izgradnju prve svjetske CCS mreže na obali Norveške. Smatra se da će se projektom Northern Lighs koji je vrijedan 685 miliona dolara uspjeti izdvojiti i uskladištiti do 5 miliona tona CO2 godišnje. Podzemne naslage slane vode reagiraju sa CO2 nakon ubrizgavanja i tvore čvrste materijale, sprječavajući CO2 da ponovo uđe u atmosferu kao plin. Ovim projektom CO2 bi se prikupljao sa lokacija za izdvajanje i zatim bi se isporučivao na ostrvski terminal u blizini Bergena gdje se čuva u privremenim skladišnim spremnicima prije nego što se ubrizga u podzemni rezervoar 2.700 metara ispod morskog dna. Projekt bi trebao postati operativan 2024. godine nakon što ga Norveške vlasti odobre.

No, to nije jedini pristup, a nove inovacije počinju se pojavljivati ​​sve češće.

Inženjeri sa Tehnološkog instituta u Massachusettsu smislili su način uklanjanja CO2 bez obzira na koncentraciju. Dakle iz jako koncentriranih dimnih plinova elektrane sve do direktnog hvatanja direktno iz naše atmosfere. Izdvajanje CO2 iz niskih koncentracija je mnogo teže u elektranama, između 10% – 20% plinova iz dimnjaka je CO2, ali u zraku je samo 0,04 % pa ga je mnogo teže „izdvojiti“. Nova metoda MIT-a omogućuje mnogo efikasniji i jeftiniji način za izdvajanje CO2 u područjima niske koncentracije. Uključuje usmjeravanje zraka kroz niz elektrokemijskih ćelija, koje rade kao posebna vrsta baterije koja usisava CO2 iz zraka u toku punjenja, a zatim ispušta plin kao čisti CO2 prilikom pražnjenja.

U međuvremenu, istraživači sa Univerziteta Monash u Melburnu i CSIRO, australijska nacionalna naučna agencija, otkrili su CCUS metod za koji tvrde da postavlja nove standarde u efikasnosti. Uključuje korištenje malih količina najsuvremenijeg materijala zvanog Metal Organic Frameworks ili MOF. MOF je kristalni spoj metalnih iona koji se ponaša poput spužve ispunjene sitnim magnetima i ima neobično porozna svojstva. Niska cijena energije postiže se apsorpcijskim procesom sličnim zagrijavanju indukcijske ploče za kuhanje kako bi se smanjila ukupna potrebna energija. Australijski naučnici napravili su vlastiti jedinstveni, visoko upijajući materijal koristeći MOF-ove koji se mogu regenerirati izuzetno brzo a koriste vrlo malo energije. Ta činjenica će ovaj metod učiniti  relativno jeftinim, a cilj je u budućnosti izdvajati CO2 direktno iz zraka.

ZAKLJUČAK

Mada još treba raditi na rješavanju problema kako bi se tek vidjelo da je dostigao pun potencijal, izdvajanje, iskorištavanje i skladištenje ugljika zasigurno ima određenu ulogu u našoj kolektivnoj misiji smanjenja emisije stakleničkih plinova. Sve je više vlada koje potiču i korporacija koje  primjenjuju  CCUS inovacije, ali možda ne tako brzo koliko je potrebno. Neki smatraju da bi industrija nafte i plina mogla učiniti više. Čak i preuzeti vodeću ulogu u ovom području, budući da imaju finansijska sredstva i inženjersko znanje za poticanje i implementaciju CCUS inovacija.

Uprkos svemu navedenom, ako je moguće kreirati poticaje kako bi se CCUS učinio financijski održivijim, povećati broj projekata i nastavili otkrivati ​​nove načine za izdvajanje, iskorištavanje i skladištenje CO2, posebno sa direktnim izdvajanjem iz atmosfere, onda bi CCUS mogao sam postati potreban poticaj koji nam je potreban kako bi došli na vrh klimatske krize.