Technologia CCS – wychwytywanie i składowanie CO2. Czym jest i jak działa?

Technologie wychwytywania CO2 stają się jednym z kluczowych elementów strategii dekarbonizacji przemysłu i energetyki. W dobie rosnących kosztów emisji w systemie EU ETS oraz wymogów neutralności klimatycznej do 2050 roku, CCS (Carbon Capture and Storage) może odegrać znaczącą rolę w ograniczaniu emisji z sektorów trudnych do elektryfikacji. To rozwiązanie, które łączy zaawansowaną inżynierię procesową z geologicznym bezpieczeństwem składowania.

Czym jest technologia CCS i dlaczego zyskuje na znaczeniu?

Transformacja energetyczna w Europie wymaga nie tylko rozwoju odnawialnych źródeł energii, ale również ograniczenia emisji w sektorach, które trudno zdekarbonizować, takich jak przemysł cementowy, stalowy czy chemiczny. Technologia CCS (Carbon Capture and Storage) polega na wychwytywaniu dwutlenku węgla z procesów przemysłowych lub bezpośrednio z powietrza, a następnie jego transporcie i trwałym składowaniu pod powierzchnią ziemi. W ten sposób możliwe jest znaczne ograniczenie ilości CO2 trafiającego do atmosfery.

W ostatnich latach CCS zaczyna być postrzegane nie jako alternatywa dla OZE, lecz jako ich uzupełnienie. W wielu analizach Komisji Europejskiej i Międzynarodowej Agencji Energii podkreśla się, że bez rozwoju technologii wychwytywania CO2 osiągnięcie neutralności klimatycznej będzie znacznie droższe i trudniejsze.

Jak działa wychwytywanie i składowanie CO2?

Zanim dwutlenek węgla zostanie zmagazynowany, musi zostać skutecznie oddzielony od gazów procesowych. Wychwytywanie i składowanie CO2 obejmuje trzy zasadnicze etapy: separację, transport i trwałe złożenie w formacjach geologicznych. Każdy z nich wymaga odmiennych rozwiązań technologicznych i infrastrukturalnych.

Etap 1: Wychwytywanie CO2

Proces wychwytywania może być realizowany w różnych punktach cyklu produkcyjnego. Stosuje się trzy główne podejścia:

• Post-combustion – wychwytywanie CO2 po procesie spalania, np. z gazów spalinowych w elektrowniach węglowych lub gazowych.
• Pre-combustion – separacja CO2 przed spaleniem paliwa, często w procesach zgazowania węgla lub reformingu metanu.
• Oxy-fuel combustion – spalanie paliwa w czystym tlenie, co pozwala uzyskać spaliny niemal czystego CO2 i wody.

W większości instalacji stosuje się absorpcję chemiczną z wykorzystaniem amin lub sorbentów, które wiążą CO2. Efektywność wychwytywania sięga nawet 90%, co pozwala znacząco ograniczyć emisje z zakładów przemysłowych.

Etap 2: Transport CO2

Po oddzieleniu CO2 musi zostać przetransportowany do miejsca składowania. Najczęściej wykorzystuje się do tego:

• rurociągi, podobne do sieci gazowych,
• transport morski w postaci ciekłego CO2.

Wymaga to dobrze rozwiniętej infrastruktury przesyłowej oraz współpracy między krajami, zwłaszcza w regionach, gdzie nie ma odpowiednich struktur geologicznych do magazynowania. Tworzenie regionalnych hubów CCS, jak w Norwegii czy Holandii, staje się coraz popularniejszym modelem rozwoju tej technologii.

Etap 3: Składowanie CO2

Ostatnim krokiem jest trwałe złożenie CO2 w strukturach geologicznych. Najczęściej są to:

• wyeksploatowane złoża ropy i gazu,
• głębokie solanki (aquifery solne),
• nieeksploatowane pokłady węgla.

Dwutlenek węgla wstrzykuje się w formie ciekłej na głębokość od 800 do 3000 metrów, gdzie pod wpływem ciśnienia i temperatury pozostaje stabilny. Bezpieczeństwo składowania jest monitorowane poprzez systemy sejsmiczne, satelitarne i geochemiczne, które wykrywają ewentualne nieszczelności.

Technologie wychwytywania CO2 – przegląd rozwiązań

Rozwój CCS nie ogranicza się do jednej technologii. W ostatnich latach rozwijane są rozwiązania umożliwiające nie tylko składowanie, ale także ponowne wykorzystanie CO2 w procesach przemysłowych (CCU – Carbon Capture and Utilization). Technologie wychwytywania CO2 mogą być integrowane z produkcją wodoru, biogazu, a nawet z procesami fotosyntezy mikroalg.

Na rynku wyróżnia się kilka trendów:

• rozwój materiałów sorpcyjnych o wysokiej selektywności,
• miniaturyzacja i modularność instalacji CCS dla mniejszych źródeł emisji,
• łączenie CCS z elektrowniami gazowymi (tzw. blue hydrogen),
• rosnąca rola CCS w strategiach przemysłowych dużych koncernów energetycznych.

W ramach unijnego Zielonego Ładu przewiduje się, że do 2030 roku zdolność składowania CO2 w Europie przekroczy 50 mln ton rocznie, co odpowiada emisjom kilkunastu dużych elektrowni.

CO2 capture and storage w kontekście europejskich regulacji

Unia Europejska traktuje CCS jako element wspierający realizację celów klimatycznych, choć jego wdrażanie wymaga solidnych ram prawnych i finansowych. W systemie EU ETS wychwycony i bezpiecznie zmagazynowany CO2 nie podlega opłatom za emisje, co czyni inwestycje w CCS bardziej opłacalnymi. Wysokie ceny uprawnień do emisji CO2 (powyżej 60–80 EUR/t) znacząco zwiększają konkurencyjność tej technologii.

Państwa takie jak Norwegia, Holandia czy Wielka Brytania już uruchomiły pierwsze komercyjne projekty. W Polsce CCS wciąż znajduje się na etapie analiz, jednak istnieją plany wykorzystania struktur geologicznych w rejonie Bałtyku oraz w złożach poeksploatacyjnych w zachodniej Polsce.

Jak wychwytywać dwutlenek węgla w praktyce?

Zastosowanie CCS zależy od rodzaju instalacji i źródła emisji. Jak wychwytywać dwutlenek węgla efektywnie, zależy od parametrów procesu, składu gazów i dostępnych technologii. Przykładowo, w elektrociepłowniach stosuje się absorpcję aminową, w przemyśle cementowym – separację membranową, a w produkcji wodoru – reforming parowy z wychwytem CO2.

Coraz większe znaczenie zyskują też technologie DAC (Direct Air Capture), które pozwalają uzyskiwać CO2 bezpośrednio z atmosfery. Choć są one kosztowne, mogą stanowić uzupełnienie tradycyjnych metod wychwytu, szczególnie w przyszłości, gdy konieczne będzie usuwanie nadmiaru gazów cieplarnianych z powietrza.

Perspektywy i wyzwania rozwoju CCS

Mimo rosnącego zainteresowania, wdrażanie CCS wciąż napotyka bariery – przede wszystkim wysokie koszty inwestycyjne, brak infrastruktury przesyłowej i społeczny sceptycyzm wobec składowania CO2 pod ziemią. Kluczowym czynnikiem sukcesu będzie rozwój wspólnych projektów przemysłowych, wsparcie regulacyjne oraz współpraca międzynarodowa.

W dłuższej perspektywie CCS może stanowić niezbędny element systemu energetycznego neutralnego klimatycznie, szczególnie w połączeniu z odnawialnymi źródłami energii i produkcją wodoru. To technologia, która nie eliminuje potrzeby redukcji emisji u źródła, ale pozwala znacząco przyspieszyć proces dekarbonizacji.

Technologie wychwytywania CO2 to jedno z kluczowych narzędzi umożliwiających osiągnięcie celów klimatycznych w sektorach, które trudno zdekarbonizować. Ich rozwój wymaga jednak nie tylko postępu technologicznego, ale także spójnej polityki inwestycyjnej i społecznej akceptacji. CCS to nie „technologia przyszłości”, lecz realne narzędzie, które już dziś może wspierać transformację energetyczną Europy i budowę gospodarki niskoemisyjnej.