Osvědčené postupy pro přepravu a skladování oxidu uhličitého

Řízení průmyslových emisí pomocí CCUS je stále běžnější, aby se zabránilo vypouštění škodlivých skleníkových plynů (CO₂) do atmosféry. Tyto metody jsou obzvláště atraktivní, protože umožňují procesům s vysokými emisemi oxidu uhličitého splnit regulační cíle. Jsou zvláště cenné v případech, kdy jsou možnosti snížení produkce skleníkových plynů prostřednictvím zlepšení účinnosti procesů nebo obnovitelných zdrojů energie omezené.

Přestože se značná pozornost věnuje vývoji účinných metod zachycování uhlíku, v hodnotovém řetězci se vyvíjí také spousta činností. Po zachycení oxidu uhličitého je třeba jej stlačit, někdy do kapalného stavu. Poté se bezpečně dopraví na pečlivě vybrané místo, kde se použije nebo uskladní. Je třeba vzít v úvahu řadu faktorů, včetně vzdálenosti, zeměpisné polohy, existující infrastruktury, dopadu na životní prostředí a nákladů na přepravu.

V současné době převládají tři hlavní druhy dopravy: potrubí, pozemní vozidla a námořní plavidla. Každý z těchto způsobů je vhodnější pro určité aplikace a méně vhodný pro jiné. Bez ohledu na přístup vyžaduje zavedení funkční logistiky inovativní řešení a robustní infrastrukturu, aby byl zajištěn dlouhodobý úspěch CCUS jako strategie snižování emisí.

Potrubí jsou nejzavedenější a často ekonomicky nejvýhodnější možností přepravy velkých objemů CO₂ na velké vzdálenosti, zejména po souši. V některých případech lze pro přepravu oxidu uhličitého znovu využít stávající plynovody, což představuje nákladově efektivní řešení využívající stávající infrastrukturu. Tento přístup také minimalizuje dopad výstavby nových zařízení na životní prostředí.

Změna využití potrubí pro přepravu oxidu uhličitého však vyžaduje pečlivé posouzení. Je třeba provést případné úpravy, aby byla zajištěna kompatibilita s odlišnými vlastnostmi této sloučeniny, především s její korozivní povahou a požadavky na vyšší tlak. Zatímco potrubí pro zemní plyn jsou často omezena na 90 barů (1 300 psi), oxid uhličitý někdy vyžaduje pro přepravu na dlouhé vzdálenosti tlak až 150 barů (2 175 psi).

Nákladní automobily a železnice představují flexibilní možnost přepravy menších objemů CO₂, zejména na kratší vzdálenosti a v oblastech s omezenou infrastrukturou plynovodů. Díky své univerzálnosti jsou vhodné pro přepravu oxidu uhličitého mezi místy zachycování a místními úložišti. Mohou také shromažďovat menší objemy z různých zdrojů a dodávat je do centrálních uzlů pro větší přepravu. Spoléhání se na pozemní vozidla pro přepravu CO₂ se však na dlouhé vzdálenosti stává nákladným, zejména nákladní automobily, což také přispívá k dopravním zácpám a emisím nafty.

Zajištění bezpečné a účinné přepravy oxidu uhličitého vyžaduje dodržování předpisů a norem čistoty. Ačkoli se konkrétní předpisy liší podle regionu, oxid uhličitý je při vysokých koncentracích klasifikován jako nebezpečný materiál. Jeho přeprava podléhá v každé lokalitě podobným pravidlům jako přeprava zemního plynu. Tyto předpisy pro bezpečnou manipulaci se týkají integrity potrubí, prevence úniků a protokolů pro reakci na mimořádné události.

Kromě toho je čistota CO₂ kritická jak pro konečné použití, tak pro bezpečnost dopravy. Nečistoty jako voda, sirovodík a oxidy dusíku mohou způsobit chemické reakce, korozi a vady výrobku.

Po dodání musí být oxid uhličitý buď použit v průmyslovém procesu, nebo bezpečně uložen, aby se zabránilo jeho uvolňování do atmosféry. Nejčastěji se volí úložiště v jeskynních geologických formacích, i když stále větší zájem je o hlubokomořskou sekvestraci.

Při ukládání oxidu uhličitého do geologických útvarů se vtláčí hluboko pod zem, často více než kilometr pod hladinu podzemních vod, do pečlivě vybraných a monitorovaných míst. Vybraná místa jsou obvykle již existující podzemní rezervoáry, včetně vyčerpaných ropných a plynových polí, hlubokých slaných vodonosných vrstev a uhelných slojí, které nelze těžit. Tyto pórovité horninové formace jsou obvykle překryty neporézní „horninou“, aby se zabránilo úniku CO₂.

Podzemní úložiště představují bezpečnou metodu ukládání oxidu uhličitého již tisíce let. Geologická služba USA (USGS) odhaduje, že Spojené státy mají geologické formace, které mohou uložit přibližně 3 000 gigatun oxidu uhličitého. Výběr vhodných úložišť však vyžaduje rozsáhlý geologický průzkum a modelování, aby byla zajištěna celistvost formace. Cílem tohoto procesu je také minimalizovat potenciální rizika, jako je indukovaná seizmicita a dopady na zdroje podzemních vod.

Přestože geologické skladování zůstává v dohledné budoucnosti nejperspektivnější možností, vědci nadále zkoumají alternativní metody. Například minerální karbonizace napodobuje přirozené geologické procesy tím, že oxid uhličitý reaguje s prvky v zemi za vzniku stabilních uhličitanových minerálů, které účinně uzamykají uhlík na dlouhou dobu. Ačkoli je tato metoda dlouhodobého ukládání slibná, vyžaduje značné množství energie a naráží na překážky v podobě nákladů, rozšiřitelnosti a přístupu ke zdrojům.

Alternativně lze oxid uhličitý vstřikovat do hornin pod mořským dnem. Například Severní moře v Evropě má potenciál uložit v rozsáhlých vrstvách pískovce přibližně 100 miliard tun oxidu uhličitého. To se rovná téměř tříleté hodnotě veškerého oxidu uhličitého vypouštěného na světě.

Přesné měření a monitorování pomocí správného přístrojového vybavení je nezbytné v celém řetězci CCUS, aby byla zajištěna efektivita procesu, bezpečnost a integrita životního prostředí. Během přepravy je třeba měřit tlak, teplotu, průtok a kvalitu oxidu uhličitého v potrubí a na terminálech, aby byla zajištěna bezpečná přeprava a přesný převod do úschovy.

Bez ohledu na zvolenou metodu ukládání je pro zajištění dlouhodobé integrity úložiště a zabránění úniku CO₂ zpět do atmosféry zásadní komplexní monitorování. Účinné sledování oxidu uhličitého v úložných zásobnících vyžaduje pokročilé technologie a sofistikované systémy detekce plynu, aby bylo možné zůstat informován o jeho pohybu a chování. Nepřetržité a spolehlivé měření pomáhá včas odhalit potenciální anomálie a úniky, což poskytuje rychlé upozornění, aby personál mohl zasáhnout a minimalizovat rizika pro životní prostředí.

Po zachycení oxidu uhličitého je třeba rozhodnout, kam má být dopraven, a jakým způsobem. Pro rozšiřování infrastruktury pro přepravu a skladování, která je nezbytná pro snížení emisí skleníkových plynů, je nezbytný pokračující výzkum a významné investice ze strany veřejných i soukromých subjektů. Tím se zlepší technologické možnosti a ekonomická životaschopnost zařízení CCUS, což usnadní jejich široké zavedení v průmyslu.

Zachycování CO₂ z toků průmyslových produktů je prvním zásadním krokem v hodnotovém řetězci CCUS. Jeho dlouhodobý úspěch však závisí na vývoji bezpečných, účinných a udržitelných řešení pro přepravu, využití a trvalé skladování. Největšími uchazeči o přepravu jsou potrubí, pozemní vozidla a námořní metody, zatímco geologické formace jsou nejlépe připraveny pro skladování.

Zefektivnění účinnosti a rozvoj dalších možností vyžaduje soulad mezi vládami, výrobci procesů, výzkumnými pracovníky a komunitami při řešení technických, ekonomických, regulačních a sociálních problémů. Očekává se však, že investice do těchto schopností zvýší pozitivní dopad CCUS na snižování emisí skleníkových plynů v nadcházejících desetiletích a pomohou průmyslu dosáhnout ambiciózních čistě nulových cílů pro vytvoření udržitelnější budoucnosti.