Oglekļa uztveršana un uzglabāšana (CCS, Carbon Capture and Storage) strauji iegūst milzīgu nozīmi Vācijā, Eiropas Savienībā un visā pasaulē, kā būtiska klimata risinājumu daļa, kas šķiet ērts risinājums klimata krīzei – CO₂ uztver no fosilā kurināmā izmantošanas elektrostacijās un rūpnīcās un uzglabā pazemē. Tomēr daudzi šīs tehnoloģijas pielietojumi joprojām ir strīdīgi, to izmaksas ir augstas, tehnoloģija nav pietiekami attīstīta un pastāv risks, ka uzmanība tiks novirzīta no tūlītējas emisiju samazināšanas. Jautājumu un atbilžu sadaļā ir atbildes uz visbiežāk uzdotajiem jautājumiem par CCS, pamatojoties uz zinātniskajiem pētījumiem un secinājumiem un zinātnisko konsensu.

1. Kas ir oglekļa uztveršana un uzglabāšana (CCS)?

Oglekļa dioksīda uztveršanā un uzglabāšanā (CCS) CO₂ tiek uztverts no izplūdes gāzēm un pēc tam uzglabāts “uz visiem laikiem”. Jāizdala divi pamatprincipi: vai oglekļa dioksīdu uztver lielās rūpnīcās, vai CO₂ tiek filtrēts no gaisa, neatkarīgi no tā, kur tas radies (Erlach et al. 2022).

Klasiskā CCS metode ietver emisiju uztveršanu pirms tās nonāk atmosfērā. Šajā gadījumā, izmantojot ķīmiskus procesus, CO₂ tiek uztverts pirms vai pēc attiecīgajiem sadegšanas vai ražošanas procesiem, vai to norises laikā.

Uztverto CO₂ transportē pa cauruļvadiem, autoceļiem vai kuģiem, pēc tam uzglabājot ilgtermiņa uzglabāšanas vietās, piemēram, pazemē vai zem jūras. Šim nolūkam piemēroti ir tukši naftas vai gāzes rezervuāri, vai sāls akviferi (porainu iežu slāņi ar sālsūdeni). ASV un Kanādā saspiestu CO₂ ievada arī teju iztukšotos naftas un gāzes ieguves laukos, lai iegūtu atlikušos ogļūdeņražus, šo metodi pazīst kā “papildus naftas ieguvi”.

Zemes garozā esošajos ģeoloģiskajos nogulumos oglekļa dioksīds tiek uztverts dažādos veidos: dažkārt tas ir izšķīdis pazemes sālsūdenī, “ieslodzīts” lielākos vai mazākos dobumos vai veido ciešus savienojumus ar noteiktiem minerāliem klintīs. Mērķis vienmēr ir pēc iespējas ilgi nepieļaut CO₂ nokļūšanu atmosfērā.

Speciālistu diskusijās par klimata pētījumiem un (starptautisko) klimata politiku CCS tehnoloģija ietilpst vispārējā terminā “oglekļa pārvaldība”. Šīs jomas ir skaidri jānošķir, jo tām ir atšķirīga piemērošana un tām var būt atšķirīga nozīme klimata politikā un klimata aizsardzībā.

Infografika no: SWP-Aktuell 2023/A 30

Tradicionālā CCS tehnoloģija, kas uztver oglekļa dioksīdu no sadedzinātajiem fosilajiem resursiem, ir viens no emisiju samazināšanas veidiem, tā var palēnināt CO₂ koncentrācijas pieaugumu atmosfērā. Otrs oglekļa pārvaldības elements ir “oglekļa uztveršana un izmantošana (CCU; Carbon Capture and Utilization). Arī šajā gadījumā CO₂ uztver (galvenokārt) no fosilajiem avotiem un pēc tam izmanto kā materiālu. Tomēr atkarībā no produkta oglekļa dioksīds parasti tiek sekvestrēts tikai uz laiku.

Trešā oglekļa pārvaldības joma ir “oglekļa dioksīda noņemšana” (CDR, Carbon dioxide removal). Šajā sektorā ietilpst dažādas iespējas oglekļa dioksīda “noņemšanai” no atmosfēras, īsāk sakot, CO₂ koncentrācijas samazināšanai atmosfērā. No vienas puses, ir dabā balstīti risinājumi, piemēram, apmežošana vai purvu atjaunošana, no otras puses ir divi īpaši tehnoloģiskie risinājumi CCS – oglekļa dioksīds tiek uztverts no biomasas sadedzināšanas (BECCS, Bioenergy with Carbon Capture and Storage) vai iegūts tieši no gaisa (DACCS, Direct Air Carbon Capture and Sequestration) un pēc tam ievadīts pazemē.

2. Kas ir BECCS?

Pastāv CCS forma, kas pazīstama kā bioenerģija ar uztveršanu un uzglabāšanu (BECCS). Šajā procesā elektrostacijas neuzkrāj oglekļa dioksīdu no fosilā kurināmā, piemēram, ogļu vai dabasgāzes, sadegšanas, bet gan no biomasas, piemēram, koksnes šķeldas sadegšanas. Sadegot, atbrīvotais CO₂ tiek absorbēts no apkārtējā gaisa. Pastāvīgi uzglabājot šo oglekļa dioksīdu, BECCS nodrošinātu gāzes neto izdalīšanos no atmosfēras, kas ne tikai palēninātu globālo sasilšanu (tāpat kā tradicionālā CCS), bet ilgtermiņā varētu to apturēt.

Pētnieki ir vienisprātis: lai sasniegtu Parīzes klimata nolīgumā noteikto globālās sasilšanas ierobežojumu 2 °C un jo īpaši 1,5 °C, ir nepieciešams noteiktā līmenī samazināt CO₂ emisijas atmosfērā. Pat ar stingru klimata aizsardzību noteiktu daļu emisiju būs ļoti grūti vai neiespējami samazināt tieši pie emisiju avota (piemēram, lauksaimniecībā). BECCS vai DACCS izmantošana būtu daudzsološa iespēja, lai kompensētu šīs emisijas un galu galā sasniegtu “neto nulles” bilanci, kad siltumnīcefekta gāzu emisiju daudzums ir vienāds ar no atmosfēras “izņemto apjomu”.

3. Kas ir DACCS?

Papildus parastajai CCS pašlaik pētniecības un attīstības posmā ir arī tiešā gaisa uztveršana un uzglabāšana (DACCS), kurā oglekļa dioksīdu neuztver elektrostacijās vai rūpniecības objektos, bet izdala no gaisa, izmantojot tiešo gaisa uztveršanu (DAC, Direct Air Capture). Tas notiek neatkarīgi no tā, kur, kā un kad tas (CO₂) nonācis atmosfērā. Tāpat kā CCS, uztvertais oglekļa dioksīds tiek saspiests, transportēts un uzglabāts ģeoloģiskos rezervuāros (arī Latvijā ir šāda iespēja, piemēram, Dobeles novadā, kur atrodas šim mērķim piemērots un atbilstošs ģeoloģiskais veidojums).

DACCS varētu izmantot, lai no atmosfēras uztvertu emisijas no liela skaita salīdzinoši mazu, atsevišķu avotu, piemēram, transporta vai lauksaimniecības. Tāpat kā BECCS, arī DACCS tehnoloģija tiek uzskatīta par “oglekļa neitrālu”, jo tās izmantošana rada kopējās neto negatīvās emisijas.

4. Kas ir oglekļa uztveršana un izmantošana (CCU)?

Kā alternatīva uzglabāšanai, uztvertais CO₂ var tikt izmantots arī rūpnieciskos procesos, piemēram, ķīmiskajā rūpniecībā, lai ražotu mēslošanas līdzekļus, plastmasu vai sintētisko degvielu (pazīstama arī kā “e-degviela”). Šo tehnoloģiju sauc par oglekļa uztveršanu un izmantošanu (CCU, Carbon Capture and Utilization). Pašlaik šī materiāla izmantošanas potenciāls joprojām ir neliels. Sestajā novērtējuma ziņojumā (IPCC 2022, AR6, 3. sējums, 6.4.2.5. nodaļa) IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) sniedz aplēsi, ka tas ir 1-2 miljardi tonnu gadā, tomēr saskaņā ar IPCC, tā potenciāls līdz gadsimta vidum varētu pieaugt līdz 20 miljardiem tonnu gadā, citiem vārdiem sakot, ļoti ievērojami. Tomēr, lai to sasniegtu, joprojām būtu nepieciešama ļoti strauja tehnoloģiskā attīstība.

Dažas CCU iespējas prasa daudz enerģijas, kas, visticamāk, ierobežos iespējamo pielietojumu. Daudzos gadījumos šādā veidā ražotie produkti CO₂ neuzglabā pastāvīgi. Piemēram, sintētisko degvielu gadījumā CO₂ ātri atbrīvojas un parasti jau pēc dažām dienām vai mēnešiem nonāk atmosfērā. Pārstrādājot CO₂ plastmasā, saistīšanās process ir ilgāks. Ja šo plastmasu sadedzina atkritumu sadedzināšanas iekārtās, oglekļa dioksīds atkal nonāk atmosfērā. Jāatzīmē, ka materiālu izmantošanai CO₂ dažkārt ir nepieciešams ļoti augstā tīrībā vai ļoti augstā spiedienā. Piemēram, mēslošanas līdzekļu ražošanai nepieciešams nodrošināt 122 bar spiedienu un 99,9% tīrību, kas kopumā ir ļoti dārgs process.

5. Cik daudz CO₂ var uztvert CCS?

Līdz šim pasaulē ir uzglabāts ļoti maz oglekļa dioksīda. Saskaņā ar Massachusetts Institute of Technology (MIT) klimata portālu, 2023. gadā tie bija aptuveni 0,045 miljardi tonnu gadā, kas atbilst gada emisijām no aptuveni desmit miljoniem automašīnu. Salīdzinājumam: saskaņā ar Global Carbon Budget ziņojumu 2022. gadā cilvēka darbības rezultātā tika radīti 40,6 miljardi tonnu CO₂. Jāuzsver, ka 36,6 miljardi tonnu radās no fosilā kurināmā sadedzināšanas, kas nozīmē, ka tikai aptuveni viena tūkstošā daļa no ik gadus izdalītā oglekļa dioksīda pašlaik tiek uzglabāta, izmantojot tradicionālo CCS tehnoloģiju. Vēl sliktāk, ka liela daļa no šī daudzuma pašlaik ir saistīta ar uzlabotiem naftas ieguves procesiem, kas, no vienas puses, rada papildu emisijas, no otras puses vairs nebūs nepieciešami, kad naftas un gāzes ražošanu pakāpeniski pārtrauks.

CCS tehnoloģija līdz šim ir izmantota nedaudzās vietās dažās valstīs. IPCC sestajā novērtējuma ziņojumā minēts, ka 2022. gadā visā pasaulē komerciāli darbosies 28 rūpnīcas. Norvēģijā CCS mazākā apjomā darbojas jau vairāk nekā 25 gadus un CO₂ tiek uzglabāts zem Ziemeļjūras. Dānija tikko ir nodevusi ekspluatācijā pirmo rūpnīcu un plāno uzglabāt lielākus CO₂ daudzumus. ASV līdz šim ir ekspluatētas tikai rūpnīcas, kas izmanto CO₂, lai izspiestu atlikušo naftu un gāzi no to ieguves laukiem. Pasaulē vienīgā strādājošā ogļu spēkstacija ar CCS tehnoloģiju atrodas Saskačevanā, Kanādā.

Ir pieejami dažādu avotu sastādīti CCS iekārtu saraksti, daži no tiem saistīti ar nozari, citi, piemēram, no kritiski noskaņotajām nevalstiskajām organizācijām vai plašsaziņas līdzekļiem. Šajos sarakstos minēto rūpnīcu skaits un novērtējums ievērojami atšķiras:

• Global CCS Institute iekārtu datu bāze
• Eiropas CCS un CCU projektu saraksts Zero Emissions Platform
• Divpadsmit pasaules lielāko CCS projektu saraksts tiešsaistes žurnālā DeSmog

CCS potenciāls ir ievērojams. Tomēr saskaņā ar IPCC 2021./22. gada sestajā novērtējuma ziņojumā šīs tehnoloģijas ieviešana un attīstība pagātnē ir prasījusi daudz vairāk laika, nekā iepriekš tika pieņemts.

Vācijas zinātņu akadēmijas kopīgā dokumentā ir nonākušas pie ļoti līdzīga secinājuma: “Atsevišķie CO₂ uztveršanas, CO₂ transportēšanas un pazemes CO₂ uzglabāšanas (CCS) procesa posmi principā ir gatavi izmantošanai rūpnieciskā mērogā. Tomēr CCS tehnoloģijas attīstība un ieviešana tirgū pēdējos gados ir noritējusi daudz lēnāk, nekā prognozēts pirms pieciem līdz desmit gadiem.” (Erlach et al. 2022)

Principā šī tehnoloģija ir dārga un energoietilpīga, uzglabāšanas vietas ir regulāri jāpārbauda un jāuztur, iespējams, pat gadsimtiem ilgi. Jāņem vērā, ka iekārtas ar CCS arī nav pilnīgi bez CO₂.Tā kā šī tehnoloģija palielina kopējo enerģijas patēriņu, elektrostacijas, kurās tiek uztverts oglekļa dioksīds, sākotnēji rada vairāk CO₂. IPCC 2005. gada īpašajā ziņojumā par šo jautājumu minēts, ka CO₂ emisijas palielināsies par 10-40% (SRCCS, kopsavilkums politikas veidotājiem). Pēc pašreizējā tehnoloģiju stāvokļa aptuveni 90% no šīm emisijām var uztvert (Dods et al. 2021); praksē, saskaņā ar plašsaziņas līdzekļu ziņām, bieži vien mazāk. Pat ja paliek tikai desmit procenti CO₂ emisiju, piemēram, no ogļu spēkstacijām, tas joprojām ir milzīgs daudzums, un šādā veidā nevar panākt klimata neitralitāti. Pašlaik tiek veikti pētījumi, lai palielinātu efektivitāti. Taču tas, visticamāk, padarītu tehnoloģiju vēl dārgāku. No atlikušajiem 2% CO₂ izmaksas strauji pieaug (Brandl et al. 2021).

6. Cik daudz CO₂ var no gaisa attīrīt ar BECCS vai DACCS?

Tikai BECCS un DACCS tehnoloģijas piedāvā iespēju pastāvīgi no atmosfēras izvadīt oglekļa dioksīdu, kas jau ir izdalījies pagātnē vai citur, tādējādi samazinot CO₂ saturu atmosfērā (un tādējādi arī zemes temperatūru). Ziņojumā “The State of Carbon Dioxide Removal” sniegts pārskats par oglekļa izvadīšanas no atmosfēras stāvokli; četri galvenie autori ir piedalījušies arī IPCC ziņojumu sagatavošanā. Ziņojumā norādīts, ka BECCS gadījumā uzglabāšana varētu palielināties no pašreizējiem 0,02 miljardiem tonnu CO₂ gadā līdz 0,03-0,2 miljardiem tonnu līdz 2030. gadam. Tiešas gaisa uztveršanas un oglekļa uzglabāšanas (DACCS) gadījumā kopējais daudzums varētu palielināties no pašreizējiem mazāk nekā 0,00001 miljardiem tonnu līdz pat 0,3 miljardiem tonnu gadā tajā pašā periodā. Tomēr pat šie palielinātie apjomi ir samērā mazi salīdzinājumā ar aptuveni 40 miljardiem tonnu CO₂, kas pašlaik tiek emitēti katru gadu.

Sestajā novērtējuma ziņojumā par 2021./2022. gadu IPCC min ievērojami lielākus skaitļus. Ilgtermiņā DACCS potenciāls vien ir no 5 līdz 40 miljardiem tonnu CO₂ gadā, kas nozīmē, ka ilgtermiņā no atmosfēras varētu tikt izvadīta ievērojama daļa emisiju, izmantojot CO₂ “noņemšanu”. Tomēr saskaņā ar IPCC šo potenciālu “galvenokārt ierobežo prasības attiecībā uz zemu oglekļa emisiju enerģiju un izmaksas”.

7. Cik daudz CO₂ pazemes uzglabāšanas jaudas reāli var izmantot?

Saskaņā ar IPCC datiem, teorētiski visā pasaulē ģeoloģiskās struktūrās var uzglabāt aptuveni 10 000 miljardu tonnu CO₂ (IPCC 2022, AR6, WG3, 6.4.2.5. nodaļa), kas atbilst aptuveni 250 gadu globālajām emisijām.

Lielākā daļa (80%) no teorētiskajām uzglabāšanas jaudām atrodas tā sauktajos “sāls akviferos” – porainos iežu slāņos, kas satur sāli. Principā uzglabāšanai piemēroti ir arī izsmeltie naftas un gāzes krājumi. Šajā gadījumā CO₂ uzglabāšanai varētu izmantot esošo naftas un gāzes ieguves infrastruktūru.

Tomēr ne visi rezervuāri, kuros varētu uzglabāt CO₂, ir izmantojami praksē. Piemēram, spiediens būtiski piemērotā veidojumā var būt pārāk augsts, lai varētu ievadīt oglekļa dioksīdu. Potenciālās uzglabāšanas vietas var būt pārāk tālu no ražošanas vietām vai sasniedzamas tikai ar ļoti augstām papildu izmaksām. Tomēr uzglabāšanas potenciāls ir ļoti liels. IPCC par to raksta 3. darba grupas 2022. gada ziņojumā:“

“Ne visas uzglabāšanas jaudas ir izmantojamas, jo ģeoloģiskie un inženiertehniskie faktori ierobežo faktisko uzglabāšanas jaudu līdz lielumam, kas ir mazāks par teorētisko potenciālu, kas joprojām pārsniedz CO₂ uzglabāšanas prasības līdz 2100. gadam, lai ierobežotu temperatūras izmaiņas līdz 1,5 °C” (IPCC 2022, AR6, WG3, 6.4.2.5. nodaļa).

Reāli, saskaņā ar IPCC, pasaulē varētu uzglabāt apmēram 1000 miljardus tonnu CO₂. Tomēr uzglabāšanas jauda atšķiras atkarībā no reģiona. Piemēram, Vācijā uzglabāšanai īpaši piemēroti ir izsmeltie dabasgāzes krājumi un dziļie sāls akviferi. Pirms dažiem gadiem divi Federālās ģeozinātņu un dabas resursu institūta pētnieki secināja, ka teorētiski vien Vācijas sāls akviferos varētu uzglabāt aptuveni 20 līdz 115 miljardus tonnu; tas nozīmē, ka vien Ziemeļvācijā varētu uzglabāt līdz 109 miljardiem tonnu CO₂. Salīdzinājumam, pēc Vācijas Federālās vides aģentūras datiem, 2022. gadā Vācijā tika emitēti aptuveni 0,66 miljardi tonnu CO₂. CDRmare projektā vairāki Vācijas jūras pētniecības institūti pašlaik pēta iespējas uzglabāt oglekļa dioksīdu ģeoloģiskajos veidojumos zem Ziemeļjūras. Saskaņā ar sākotnējām publikācijām, potenciāls ir vairāki miljardi tonnu. Līdz gadsimta beigām tur varētu uzglabāt aptuveni 30 miljonus tonnu CO₂ gadā.

Austrijā veiktajā pētījumā tika konstatēts, ka varētu uzglabāt līdz 0,12 miljardiem tonnu gāzes (Welkenhuysen et al. 2016), salīdzinot ar Austrijas Federālās vides aģentūras datiem par https://www.google.com/url 0,08 miljardiem tonnu 2022. gadā. 2010. gadā Šveices Federālās enerģētikas aģentūras pētījumā Šveices kapacitāte tika novērtēta apmēram 2,6 miljardiem tonnu CO₂ (Diamond et al. 2010), bet Federālās vides aģentūras dati liecina, ka gada emisijas ir apmēram 0,045 miljardi tonnu.

Kapacitātes aprēķināšanai izmantotās metodes ievērojami atšķiras, tāpēc norādītās vērtības var uzskatīt tikai par orientējošām.

8. Cik dārga ir šī tehnoloģija?

Līdz šim visas CCS tehnoloģijas ir bijušas ļoti dārgas. Saskaņā ar IPCC datiem, oglekļa dioksīda uztveršana vietā, kur tas tiek izdalīts, pašlaik maksā vairāk nekā 50 ASV dolārus par tonnu CO₂. Saskaņā ar IPCC investīciju izmaksas ogļu vai gāzes elektrostacijā ar CCS ir gandrīz divas reizes augstākas nekā gadījumā, ja CCS neizmanto, turklāt palielinās ekspluatācijas izmaksas un samazinās elektrostacijas efektivitāte, jo oglekļa dioksīda uztveršanai ir jāizmanto daudz enerģijas.

Ja uzglabāšanas vietas atrodas tālu no emisiju avotiem, rodas ievērojamas izmaksas gāzes transportēšanai uz uzglabāšanas vietu, nerunājot par izmaksām uzglabāšanas vietas ilgtermiņa uzturēšanai un drošībai. Vācijas pētniecības konsorcijs CDRmare runā par kopējām izmaksām 150-250 eiro par tonnu CO₂, kas tiek ievadīts Ziemeļjūrā.

DACCS, kas ne tikai samazina CO₂ emisijas, bet no atmosfēras izvada arī siltumnīcefekta gāzes, ir vēl dārgāka. IPCC ziņojumā izmaksas (līdz gadsimta vidum) tiek lēstas no 100 līdz 300 dolāriem par tonnu CO₂. Ziņojumā par oglekļa dioksīda noņemšanas stāvokli minētas cenas – 780 dolāri 2020. gadā un 1200 dolāri 2021. gadā esošajām pilotiekārtām, kas faktiski darbojas.

Vācijas Zinātņu akadēmija skaidri norāda augsto izmaksu iemeslus. CO₂ veido tikai ļoti mazu gaisa daļu (tikai 0,04% no tilpuma). Lai saražotu vienu kubikmetru CO₂ ir “jāfiltrē“ vismaz 2500 kubikmetri gaisa. Vienai tonnai CO₂ tas atbilst aptuveni 1,27 miljoniem kubikmetru gaisa, pat ja tiek sasniegta simtprocentīga filtra efektivitāte.” (Erlach et al. 2022)

Cenas, visticamāk, turpinās samazināties, attīstoties DAC tehnoloģijām un to ieviešanai, tomēr nav skaidrs, vai, piemēram, elektroenerģijas ražošanas izmaksas ogļu vai gāzes elektrostacijās ar CCS vidējā vai ilgtermiņā spēs konkurēt ar elektroenerģijas ražošanas izmaksām no saules vai vēja enerģijas. Šie enerģijas ražošanas veidi jau tagad ir ievērojami lētāki, un to izmaksas, visticamāk, turpinās samazināties. Citiem vārdiem sakot, CCS rezultātā, visticamāk, palielināsies jau esošā cenu atšķirība starp atjaunojamajiem energoresursiem, kas parasti ir lētāki, un fosilā kurināmā spēkstacijām, kas vidēji ir dārgākas.

Turpinājums: https://www.zemeunvalsts.lv/oglekla-uztversana-un-uzglabasana-modes-tendence-vai-iespeja-ii-dala