Jak działa wychwytywanie dwutlenku węgla z powietrza – i dlaczego jest to tak trudne
Technologia bezpośredniego wychwytywania dwutlenku węgla z powietrza (DAC) usuwa dwutlenek węgla bezpośrednio z atmosfery za pomocą sorbentów i rozpuszczalników chemicznych, ale ogromne zapotrzebowanie na energię i wysokie koszty pozostają głównymi przeszkodami w zwiększeniu skali.
Wychwytywanie CO₂ z powietrza
Atmosfera zawiera około 420 części na milion dwutlenku węgla – to niewielka część powietrza, którym oddychamy, ale wystarczająca, aby ocieplić planetę. Bezpośrednie wychwytywanie dwutlenku węgla z powietrza (DAC) to technologia mająca na celu odwrócenie tego procesu poprzez ekstrakcję CO₂ bezpośrednio z powietrza otoczenia, jego koncentrację i trwałe składowanie pod ziemią lub przekształcanie w użyteczne produkty. W przeciwieństwie do wychwytywania emisji w kominie, DAC może działać w dowolnym miejscu i usuwać węgiel, który został już uwolniony, co czyni go jednym z niewielu narzędzi, które mogą faktycznie zmniejszyć poziom CO₂ w atmosferze, a nie tylko spowolnić jego wzrost.
Dwa podejścia, jeden cel
Systemy DAC opierają się na dwóch głównych metodach: sorbentach stałych i rozpuszczalnikach ciekłych. W systemach z sorbentami stałymi duże wentylatory zasysają powietrze otoczenia przez modułowe kolektory wypełnione wysoce porowatym materiałem filtracyjnym. Sorbent wiąże chemicznie cząsteczki CO₂, przepuszczając azot, tlen i inne gazy. Po nasyceniu kolektor jest uszczelniany i podgrzewany – zazwyczaj do około 100°C – co uwalnia skoncentrowany strumień CO₂ do zebrania i składowania. Następnie sorbent ochładza się, a cykl się powtarza.
Systemy z rozpuszczalnikami ciekłymi działają inaczej. Powietrze przepływa przez roztwór – często mieszaninę wodorotlenku potasu – który pochłania CO₂. Następnie roztwór jest przetwarzany w szeregu etapów chemicznych, które usuwają dwutlenek węgla w wysokich temperaturach (do 900°C) i regenerują rozpuszczalnik. To podejście może obsługiwać większe objętości, ale wymaga znacznie więcej energii.
Co się dzieje z wychwyconym węglem
Najtrwalsza metoda utylizacji polega na wstrzykiwaniu skoncentrowanego CO₂ głęboko pod ziemię do formacji geologicznych, takich jak zasolone warstwy wodonośne lub skały bazaltowe. Na Islandii firma składowania Carbfix rozpuszcza wychwycony CO₂ w wodzie i pompuje go na głębokość około 1000 metrów pod powierzchnię, gdzie reaguje ze skałą bazaltową i ulega mineralizacji – dosłownie zamieniając się w kamień w ciągu kilku lat. Alternatywnie, wychwycony CO₂ może być wykorzystywany jako surowiec do produkcji paliw syntetycznych, materiałów budowlanych lub chemikaliów, chociaż te zastosowania opóźniają, a nie eliminują jego powrót do atmosfery.
Wyzwanie skali
Największa na świecie działająca instalacja DAC to islandzki zakład Mammoth firmy Climeworks, zdolny do usuwania do 36 000 ton CO₂ rocznie – co odpowiada mniej więcej rocznej emisji 7800 samochodów. Brzmi to znacząco, dopóki nie weźmie się pod uwagę, że globalna emisja CO₂ przekracza 37 miliardów ton rocznie. Obecnie na całym świecie planowanych jest lub działa około 130 instalacji DAC, ale ich łączna zdolność produkcyjna ledwo zarysowuje powierzchnię tego, co zdaniem klimatologów jest potrzebne.
Dwa znacznie większe projekty są w trakcie budowy w Teksasie i Luizjanie w ramach programu DAC Hubs Departamentu Energii USA, z których każdy ma na celu usunięcie miliona ton CO₂ rocznie, gdy będą w pełni operacyjne.
Problem energii i kosztów
Największą przeszkodą dla DAC jest energia. Ponieważ CO₂ stanowi zaledwie 0,04% atmosfery, należy przetwarzać ogromne ilości powietrza. Usunięcie miliona ton CO₂ wymaga szacunkowo 300–500 megawatów mocy – porównywalnej z elektrownią średniej wielkości. Jeśli energia ta pochodzi z paliw kopalnych, proces ten może w rzeczywistości emitować więcej węgla niż wychwytuje, dlatego realne projekty DAC opierają się na czystych źródłach energii, takich jak energia geotermalna, słoneczna lub wiatrowa.
Koszty pozostają wysokie. Obecne szacunki wahają się od 250 do 600 dolarów za tonę CO₂ w instalacjach na małą skalę. Przy większej skali, wynoszącej milion ton rocznie, analitycy przewidują, że koszty mogą spaść do 150–230 dolarów za tonę, ale osiągnięcie tych korzyści skali wymaga ogromnych nakładów kapitałowych i taniej, niezawodnej czystej energii elektrycznej.
Niezbędny element układanki
Modele klimatyczne Międzynarodowej Agencji Energetycznej i IPCC konsekwentnie pokazują, że osiągnięcie zerowej emisji netto prawdopodobnie będzie wymagało pewnej formy usuwania węgla obok drastycznych cięć emisji. DAC nie jest substytutem ograniczenia zużycia paliw kopalnych, ale może okazać się niezbędny do kompensowania trudnych do wyeliminowania emisji z lotnictwa, rolnictwa i przemysłu ciężkiego. To, czy technologia może rozwijać się wystarczająco szybko – i wystarczająco tanio – pozostaje jednym z kluczowych pytań polityki klimatycznej.
