Geologiczna sekwestracja CO₂

Uważa się że redukcje antropogenicznych emisji dwutlenku węgla pochodzących ze spalania paliw kopalnych mogą być zrealizowane zasadniczo przy pomocy trzech środków (co ma też swoje przełożenie w polityce Unii Europejskiej):

• - poprawy efektywności energetycznej i zmniejszenia zapotrzebowania na energię (nie tylko w przemyśle, także w transporcie samochodowym, rolnictwie, budownictwie, usługach, sektorze gospodarki odpadami, gospodarstwach domowych)
• - wykorzystania odnawialnych oraz alternatywnych źródeł energii (energia wiatru, słoneczna, biomasy, geotermalna, etc.)
• - CCS - wychwytywania i geologicznego składowania CO2 (inaczej geologicznej sekwestracji)

Geologiczna sekwestracja CO2 to bezpieczne składowanie emisji CO2, pochodzących ze spalania paliw kopalnych w instalacjach przemysłowych, w głębokich formacjach i strukturach geologicznych (patrz Fig. 1), docelowo na setki i tysiące lat. Proces ten obejmuje wychwytywanie CO2 ze strumienia spalin, transport i zatłaczanie do wytypowanego składowiska.

b) składowanie w sczerpanych złożach węglowodorów (z możliwością wspomagania wydobycia ropy - EOR, ewentualnie też gazu ziemnego),

c) składowanie w głębokich, nieeksploatowanych pokładach węgla ze wspomaganiem wydobycia metanu (ECBM).

Składowanie CO2 w głębokich strukturach geologicznych nie jest niczym nowym. Stosuje się to od dziesiątków lat do wspomagania wydobycia ropy (EOR), w czym przodują Stany Zjednoczone. Ponadto zdarza się że dwutlenek węgla towarzyszy węglowodorom, tworząc nierzadko ogromne naturalne „składowiska". Zatłaczanie CO2 na potrzeby wspomagania wydobycia ropy prowadzi się aktualnie na największą skalę na złożu Weyburn, na pograniczu Kanady i USA, gdzie od roku 2000 zatłoczono ponad 20 mln ton CO2, otrzymując dzięki temu dodatkowe miliony ton ropy. Od roku 1996 na złożu gazu Sleipner w sektorze norweskim Morza Północnego zatłoczono ponad 12 mln ton dwutlenku węgla pochodzącego z oczyszczania eksploatowanego tam gazu ziemnego. Zamiast uwalniać CO2 do atmosfery, wtłacza się go do poziomu wodonośnego zawierającego silnie zasoloną wodę, zalegającego ponad kolektorem gazonośnym (Fig.2). Podobne prace rozpoczęto w ostatnich miesiącach na złożu gazu Snohvit na Morzu Barentsa, zaś na złożu In Salah w Algierii (w głębi lądu) zatłacza się dwutlenek węgla do poziomu wodonośnego solankowego poniżej poziomu gazonośnego. Z kolei wspomaganie wydobycia metanu z głębokich, nieeksploatowanych (tradycyjnie) pokładów węgla prowadzono na złożu Allison w basenie węglowym San Juan w Nowym Meksyku, USA, gdzie zatłoczono 400 tysięcy ton CO2. Eksperyment zatłaczania dwutlenku węgla na lądzie do poziomów wodonośnych solankowych, na obszarach zamieszkałych, prowadzi się w Ketzin koło Poczdamu (Niemcy), w ramach projektu badawczego CO2SINK, gdzie w ciągu dwóch najbliższych lat składowane będzie około 60 tysięcy ton CO2. Podobne przedsięwzięcie rozpoczęto w Otway w południowo-wschodniej Australii.

Fig. 2 Eksploatacja gazu i zatłaczanie odpadowego CO2 na złożu podmorskim Sleipner (STATOIL).

W przypadku naszego kraju można podać dwa, realizowane dotychczas, przedsięwzięcia związane z zatłaczaniem CO2 do głębokich formacji i struktur geologicznych. Do złoża Borzęcin zatłacza się od 1995 roku odpadowy gaz kwaśny (zawierający 60% CO2, oraz siarkowodór i węglowodory; w sumie kilka tysięcy ton do chwili obecnej), będący produktem oczyszczania eksploatowanego tu gazu ziemnego. Wtłaczany gaz kwaśny służy jednocześnie do wspomagania wydobycia gazu ziemnego (EGR). Natomiast na Górnym Śląsku przeprowadzono w miejscowości Kaniów eksperyment zatłaczania dwutlenku węgla do głębokich, nieeksploatowanych pokładów węgla z uzyskiem metanu (ECBM), w ramach międzynarodowego projektu badawczo-rozwojowego RECOPOL. Nasze Górnośląskie Zagłębie Węglowe nie ma niestety tak korzystnych dla ECBM warunków geologiczno-złożowych jakie występują w USA, ale uzyskane wyniki wyglądają zachęcająco. W Kaniowie zatłoczono około 700 ton CO2 do pokładów węgla i obecnie prowadzi się monitoring produkcji metanu i oddziaływania na środowisko (międzynarodowy projekt badawczy MOVECBM). Ponadto w Polsce planowane są prace doświadczalne w zakresie wspomagania wydobycia ropy (EOR) z wykorzystaniem zatłaczania dwutlenku węgla.

W żadnym z powyższych przedsięwzięć nie prowadzi się jeszcze geologicznego składowania CO2 pochodzącego ze spalania paliw kopalnych w instalacjach energetycznych „skojarzonych" ze składowiskami, połączonych z nimi rurociągami do transportu CO2. Tego rodzaju infrastruktura zacznie powstawać za kilka lat w szeregu krajach Europy i w innych częściach świata. W Europie będzie to 12-15 tzw. demonstracyjnych instalacji energetycznych o obniżonej emisji CO2, uruchomionych w ramach Programu Flagowego UE, z czego minimum jedna w Polsce. Instalacje te, o mocy minimum 300 MW, posłużą do przetestowania technologii wychwytywania, transportu i geologicznego składowania CO2 (Fig. 3). Zasadniczo główna różnica pomiędzy dotychczas realizowanymi projektami badawczymi (i nawet komercyjnymi) a planowanymi na najbliższe lata przemysłowymi zastosowaniami geologicznej sekwestracji CO2 polega na ilości dwutlenku węgla przewidzianego do zatłaczania. Emisje CO2 z elektrowni węglowych o mocy kilkuset MW są rzędu kilku milionów ton rocznie, co daje sumaryczną emisję w okresie eksploatacji elektrowni wynoszącą 100-200 mln ton CO2. Właśnie tego rzędu pojemnością (albo większą) powinny charakteryzować się potencjalne składowiska.

Fig. 3 Schemat instalacji energetycznej o obniżonej emisji CO2 (wg konsorcjum projektu CO2SINK)