Znajdź zawartość

Spalanie jest jednoznaczne z wyzwalaniem ciepła, oraz emisją dwutlenku węgla; tak przynajmniej się wydaje. A gdyby znaleźć materiał opałowy, który zamiast emitować - będzie pochłaniać CO2 z atmosfery? Brzmi absurdalnie, ale jest możliwe. Tym cudem ma być... węgiel drzewny. Węgiel drzewny znany jest od tysiącleci i ma niezliczone zastosowania. Najczęściej widzimy go jako paliwo do grilla, materiał rysunkowy lub w - postaci aktywowanej - jako tabletki na dolegliwości żołądkowe. Stosowany jest w różnego typu filtrach do pochłaniania trucizn i zanieczyszczeń. Niektóre odmiany węgla drzewnego, powstającego w procesie pirolizy potrafią również pochłaniać dwutlenek węgla. Ponieważ taki materiał jest bardzo stabilny i nie ulega rozkładowi przez co najmniej stulecia, możliwe jest wykorzystanie go do usunięcia części CO2 z atmosfery. Tak brzmi koncept profesora Nathana Basiliko z kanadyjskiego University of Toronto at Mississauga. Piroliza, podczas której drzewo (lub inna biomasa) przekształcana jest w węgiel to powolne spalanie w obecności małej ilości tlenu. Podczas tego procesu, poza ciepłem wydzielają się palne gazy, które można użyć jako dalszego paliwa. Powstały tak porowaty węgiel drzewny jest doskonałym adsorbentem substancji chemicznych, w tym dwutlenku węgla. W rezultacie takiego procesu otrzymujemy paliwo, które zamiast emitować dwutlenek węgla, pochłania go. Działanie takie ma sens, ponieważ - jak mówi profesor Basiliko - nawet gdybyśmy zaprzestali używania paliw kopalnych, wyemitowany już dwutlenek węgla pozostanie w atmosferze przez setki lat, ocieplając klimat. Jeśli chcemy zniwelować ten efekt, potrzebna jest sekwestracja (wychwytywanie) CO2. Zamiast (lub oprócz) innych, skomplikowanych technik, można wykorzystać właściwości węgla drzewnego. Węgiel drzewny byłby wykorzystywany jako nawóz, polepszający właściwości gleby. Węgiel drzewny w glebie, poza pochłanianiem CO2, wchłania również wapń i magnez, zapobiegając ich wypłukiwaniu. Nie byłoby to nowe zastosowanie, robili tak już przedkolumbijscy Indianie w dorzeczu Amazonki. Przemysłowym zastosowaniem tego pomysłu zainteresowany jest właściciel lasów Haliburton, Peter Schleifenbaum. Chce on w tej właśnie sposób produkować energię, wykorzystując odpady drzewne ze swojej fabryki, a pozostający węgiel drzewny zużywać jako nawóz dla leśnej gleby. Trwają aktualnie badania, jak węgiel drzewny będzie zachowywać się w leśnej ściółce, jak długo będzie akumulował dwutlenek węgla, jaki będzie jego wpływ na roślinność oraz florę bakteryjną gleby. Na badania zespół Basiliko i Schleifenbauma otrzymał grant od Ontario Centres of Excellence w wysokości 13 i pół tysiąca dolarów.

Decyzje podejmowane w obawie przed wzrostem poziomu CO2 oparte są o błędne i absurdalne przewidywania jego produkcji - uważa Tad Patzek. Jego zdaniem dwutlenku węgla nie będzie wcale tak szybko przybywać, bo... nie będzie z czego go emitować. Taką oto zaskakującą tezę ogłosił ten naukowiec w czasopiśmie Energy, The International Journal. Patzek jest szefem Wydziału Inżynierii Ropy Naftowej i Geosystemów na Uniwersytecie Teksasu w Austin, więc jego słowa mają sporą wagę. Polityczne i gospodarcze decyzje, związane z obawami przed efektem cieplarnianym podejmowane są na podstawie przewidywań ilości produkowanego dwutlenku węgla, a te na podstawie oczekiwanego rozwoju przemysłu, zapotrzebowania na energię, itd. Tymczasem ten szacowany na najbliższe sto lat poziom emisji CO2, jak uważa Tad Patzek, jest kompletnie nierealistyczny i pozbawiony podstaw. Zarzuca on tym przewidywaniom jeden, podstawowy, poważny błąd. Z czterdziestu scenariuszy przedstawionych na Międzyrządowym Panelu d/s Zmian Klimatycznych (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) aż 36 zakłada wzrost emisji CO2 zakładając utrzymanie dzisiejszego poziomu wydobycia paliw kopalnych. Tymczasem utrzymanie produkcji węgla i ropy naftowej na dzisiejszym poziomie jest wręcz niemożliwe, uważa naukowiec. Prezentowane na IPCC scenariusze opierają się na założeniu, że złoża paliw kopalnych nie wyczerpią się przez 200-400 lat. Tymczasem jest to, zdaniem Patzeka powszechny i szkodliwy mit. Nie da się, jak utrzymuje, zachować obecnego poziomu wydobycia nawet mimo teoretycznie wystarczającej zasobności złóż. Powody są czysto ekonomiczne: znaczna część łatwo dostępnych zasobów jest na wyczerpaniu, wydobycie ropy i węgla będzie się szybko stawać coraz droższe i coraz mniej opłacalne. Już w tej chwili przemysł sięga po drogie technologie, będące na granicy opłacalności, jak piaski bitumiczne, czy gaz łupkowy. Rosnące ceny paliw kopalny nieuchronnie wymuszą oszczędniejsze ich wykorzystanie i zwiększą udział innych technologii. Powszechnie akceptowane scenariusze to szczyt produkcji paliw kopalnych w roku 2011 a następnie nieuchronny spadek nawet o 50% w ciągu następnych 50 lat. Gdzie tu utrzymanie emisji dwutlenku węgla na dzisiejszym poziomie przez następne sto lat, skoro nie będzie z czego, pyta retorycznie Tad Patzek i postuluje szybkie przekalkulowanie scenariuszy i planowanych posunięć. Podejmowane obecnie decyzje, oparte na nierealistycznych założeniach, są kosztowne ekonomicznie i szkodliwe, alarmuje. Szczególnie atakuje on plany sekwestracji (wychwytywania) dwutlenku węgla celem składowania go lub neutralizacji. Sekwestracja spowoduje spadek efektywności elektrowni węglowych o 50%, uważa Patzek. Mądrzejsze zaangażowanie takich samych środków przyniosłoby tymczasem analogiczny wzrost efektywności produkcji elektryczności, która wynosi obecnie jedynie 32%. Trzeba podkreślić, że Tad Patzek nie neguje samego istnienia efektu cieplarnianego czy skutków emisji dwutlenku węgla. Ale jego zarzuty są poważnym argumentem przemyślenia sytuacji i zmiany obecnego podejścia, które nazywa histerycznym.

Jednym ze sposobów redukowania emisji dwutlenku węgla ma być jego wychwytywanie bezpośrednio w miejscu powstawania - na przykład w kominie - celem późniejszego składowania. Efektywne i niekosztowne wyłapywanie tego gazu nastręcza jednak spore trudności. Nadzieją na rozwiązanie kłopotów jest projekt amerykańskiego Georgia Tech. Wyłapany w miejscu produkcji dwutlenek węgla można później, według projektów, składować w pokopalnianych wyrobiskach pod ziemią, rozpuszczać w oceanie (co w świetle ostatnich badań nie wydaje się dobrym pomysłem), są też ciekawsze pomysły, jak wtłaczanie go pod ziemię, gdzie miałby ulegać przemianie w skały. Problematyczne jest jednak jego wychwytywanie, a dokładniej sprawność tego procesu. O ile istnieją skuteczne sorbenty, pochłaniające CO2, to ten gaz trzeba później z nich jakoś wydobyć, co nastręcza sporo kłopotów. Dobrymi pochłaniaczami są materiały aminowe, jednak istniejące do tej pory metody odzysku dwutlenku węgla były kosztowne energetycznie i nienadające się do zastosowań przemysłowych. Opierały się najczęściej na podgrzewaniu nasyconego sorbentu w obecności gazowego azotu lub helu. W efekcie jednak otrzymywało się mieszankę tych gazów. Inne sposoby, jak ogrzewanie w samym dwutlenku węgla powodowały niszczenie materiału pochłaniaczy. Inżynierowie z Georgia Institute of Technology znaleźli nowy, lepszy sposób, nadający się do szerokiego wykorzystania i niekosztowny energetycznie. Polega on na wygrzewaniu porowatego sorbentu w strumieniu przegrzanej pary wodnej, o temperaturze około 105ºC. Gorąca para rozrywa wiązania chemiczne, uwalniając CO2. Z tak powstałej mieszanki, po skropleniu pary, łatwo już oddzielić zagęszczony dwutlenek węgla. Co istotne, para o tej temperaturze nie ma praktycznego zastosowania, wykorzystanie jej zatem do procesu wychwytu gazu cieplarnianego stanowi bardzo niewielki koszt. Przy tym para wodna powstaje w bardzo wielu zakładach spalających paliwa kopalne, zwłaszcza w elektrowniach węglowych. Jest zatem dostępna bez dodatkowych inwestycji tam, gdzie proces ten przydatny jest najbardziej. Przetestowano trzy rodzaje stosowanych sorbentów CO2, we wszystkich wypadkach proces był skuteczny. Konieczne są jeszcze badania nad wytrzymałością materiałów pochłaniających, co od początku było największą wątpliwością podczas prób. Na razie udowodniono, że pomyślnie wytrzymują kilkukrotny proces pochłaniania i oddawania gazu w strumieniu pary. Dla zastosowań przemysłowych muszą one jednak wytrzymywać tysiące takich cykli. Powstała już pierwsza, testowa instalacja przemysłowa według tej koncepcji, wdrożona we współpracy z firmami SRI International oraz Global Thermostat.

Globalne ocieplenie, za które winę zrzuca się na dwutlenek węgla, spowodowało z jednej strony dążenie do zmniejszenia jego produkcji, a z drugiej powstanie koncepcji „magazynowania" go w jakiś sposób. Istniejące pomysły to rozpuszczanie go w wodzie, pompowanie do nieczynnych kopalni, czy wyeksploatowanych złóż ropy naftowej. Rodzi to jednak obawy o stabilność tego rozwiązania i możliwość wyciekania gazu z takich zbiorników. Nieco inne podejście do problemu magazynowania dwutlenku węgla zaprezentował na konferencji naukowej Goldschmidt naukowiec z Uniwersytetu Islandzkiego, Sigurdur Gislason. Goldschmidt Conference jest goszczone w tym roku przez Uniwersytet Tennessee w Knoxville i pobliskie Narodowe Laboratorium Oak Ridge. Gislason wraz z międzynarodowym zespołem naukowców tworzących Projekt Carbfix proponuje zamianę dwutlenku węgla w skałę. Dokładniej: spowodowanie jego zamiany w skałę poprzez mieszanie z minerałami zawartymi w skorupie ziemskiej. Rozwiązanie takie spełniałoby najwyższe wymagania sekwestracji gazu: stabilność geochemiczną, termodynamiczną, zlikwidowanie ryzyka wycieków i przyjazność dla środowiska. W praktyce polega to na rozpuszczeniu gazu w wodzie - jak wiadomo, dwutlenek węgla z wodą tworzy roztwór kwasu węglowego, czyli popularną wodę sodową. Taki roztwór jest pod wysokim ciśnieniem wstrzykiwany na głębokość pomiędzy 400 a 800 metrów, wprost do grubej warstwy skał bazaltowych. Tam roztwór, przeciskając się przez skały, rozpuszcza obecne tam minerały i wytrąca się w postaci węglanów, jak węglany magnezu lub wapnia. Nie jest to już rozwiązanie tylko teoretyczne, bowiem Gislason prowadzi pilotażowy projekt w rodzinnej Islandii, w elektrowni geotermalnej Hellisheidi. Proces jest na bieżąco monitorowany, jeśli badania potwierdzą jego skuteczność i bezpieczeństwo, zespół Carbfix zamierza przystosować metodę do zastosowań przemysłowych.