Wytrącanie po nowemu

Projekt CCS nie powiódł się do końca, jego następca CCU będzie musiał naprawić błędy.

Dziesięć lat temu ruszył projekt budowy instalacji CCS (Carbon Captu re and Storage – CCS) w niemieckiej elektrowni węglowej w Schwarze Pumpe, tuż przy granicy z Polską. Jego sukces uzależniony był od możliwości podziemnej sekwestracji dwu tlenku węgla wytrąconego w procesie produkcji energii elektrycznej. Jednak niemieckie gminy nie wyraziły zgody na stosowanie tej technologii. Obecnie Komisja Europejska sugeruje wdrażanie technologii CCU, czyli przekształcania dwutlenku węgla w produkty akceptowalne społecznie. Ma to rozwiązać problem energetyki węglowej.

Przez najbliższe dziesięciolecia świat będzie uzależniony od paliw kopalnych, dlatego – w celu ograniczenie emisji CO₂ do atmosfery – niezbędnym będzie wykorzystanie czystych technologii węglowych. Polska jest jednym z liderów w dziedzinie badań nad wytrącaniem CO₂. Mamy własną instalację do wychwytywania dwutlenku węgla – CCS. Projekt stworzyli, a co najważniejsze wykonali specjaliści z Grupy Turon oraz Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu przy współpracy naukowców Politechniki Śląskiej i wsparciu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Koszty zbudowania instalacji pilotowej wyniosły 8,8 mln zł i zostały w całości pokryte ze środków Grupy Turon.

Dwie mobilne instalacje pilotażowe

W elektrowniach w Łaziskach i Łagiszy umiejscowiono dwie mobilne instalacje pilotażowe do wychwytu dwutlenku węgla. W pierwszym przypadku jest to instalacja aminowa, w drugim zmiennociśnieniowa. Pojawia się jednak ten sam problem, z którym nie poradzili sobie Niemcy – podziemnym składowaniem wytrąconego dwutlenku węgla. Bez zgody społeczeństwa wprowadzenie technologii CCS będzie praktycznie niemożliwe. Nie wiadomo również, gdzie można byłoby ewentualnie lokować CO₂.

Na skalę przemysłową technologia CCS wykorzystywana jest tylko w Norwegii i USA, już w połączeniu z podziemną sekwestracją gazu. W ten sposób wspomaga się eksploatację ropy naftowej. Takie rozwiązanie w naszych warunkach mijałoby się z celem. Wprowadzenie technologii CCU otwiera zatem nowe szanse dla rozwoju czystych technologii węglowych.

Instytut Systemów i Technologii Energetycznych Politechniki w Darmstadt, który eksploatuje największe na świecie instalacje pilotażowe do wychwytywania CO₂, pracował nad metodą pętli węglanowej przez ostatnie cztery lata. Analiza tej metody przez ponad 1 tys. godzin operacyjnych pozwoliła naukowcom z Darmstadt stwierdzić, że zużywa mniej energii i wymaga niższych nakładów w porównaniu do wcześniejszych podejść. Główna zaleta tej metody polega na możliwości jej wprowadzenia w ramach modernizacji do istniejących elektrowni.

Bez obciążania środowiska

Badania nad metodą pętli węglanowej zostały sfinansowane z grantów udzielonych przez Federalne Ministerstwo Gospodarki i Technologii Niemiec oraz różnych partnerów przemysłowych na łączną kwotę przekraczającą 5 mln euro. Zaangażowane są również spore środki europejskie.

– Ta metoda wyznacza kamień milowy na drodze do elektrowni wolnych od CO₂ i umożliwi elektrowniom zasilanym węglem, gazem ziemnym, paliwem alternatywnym i biomasą produkowanie w sposób niezawodny i opłacalny energii elektrycznej i ciepła bez obciążania środowiska – twierdzi prof. Bernd Epple, dyrektor Instytut Systemów i Technologii Energetycznych Politechniki w Darmstadt, który wraz z grupą naukowców od kilki lat prowadzi intensywne badania nad nową technologią.

Pętla węglanowa polega na zapewnieniu wytwarzania dużych ilości gazów cieplarnianych w czasie spalania paliw kopalnych, takich jak węgiel czy gaz ziemny. Kluczową technologią, która zapewnia obniżenie emisji w elektrowniach i ich większą przyjazność dla środowiska, jest wychwytywanie i utylizacja dwutlenku węgla CCU, stosowane w zakładach zasilanych paliwami kopalnymi. Technologia CCU pozwala obniżyć do minimum emisje CO₂, będące następstwem stosowania paliw kopalnych do produkcji energii elektrycznej i na potrzeby innych procesów przemysłowych.

Metoda pętli węglanowej wykorzystuje naturalnie występujący wapień do wiązania CO₂ obecnego w gazach kominowych elektrowni w reaktorze pierwszego stopnia. Czysty CO₂ jest wówczas uwalniany do reaktora drugiego stopnia w celu dalszego przetwarzania i magazynowania. Pilotażowa instalacja badawcza Politechniki w Darmstadt zatrzymała ponad 90 proc. wyemitowanego CO2, redukując jednocześnie o ponad 50 proc. pobór energii i koszty operacyjne przeznaczane wcześniej na wychwytywanie CO₂.

Gaz syntezowy

Nową technologią zainteresował się także Tauron. Projekt zakłada przekształcenie dwutlenku węgla z elektrowni węglowych, zakładów chemicznych, metalurgicznych czy cementowni na gaz syntezowy. Będzie on powstawał w wyniku reakcji CO₂ z wodorem pochodzącym z procesu elektrolizy. Proces ten ma być zasilany nadwyżką energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych. W projekcie, oprócz spółki Tauron Wytwarzanie, uczestniczą też polskie instytucje naukowo-badawcze. Akademia Górniczo-Hutnicza z Krakowa odpowiada za analizę reakcji metanizacji na różnych katalizatorach, a Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla z Zabrza za testowanie pilotażowego układu CO₂-SNG w rzeczywistym środowisku przemysłowym. Taki układ o wydajności 20 m sześc./h powstanie w Elektrowni Łaziska, przy tamtejszej instalacji wychwytu CO₂. Dokumentację konieczną do produkcji i zakupu urządzeń oraz ich integracji z całością instalacji przygotuje firma West Technology & Trading, zajmująca się projektowaniem i budową nowoczesnych instalacji z branży chemicznej i ekologicznej. Z kolei firma Rafako z Raciborza odpowiada za nadzór nad dokumentacją urządzeń pomocniczych do budowy całej instalacji oraz sprzedaży przyszłych produktów. W projekcie bierze też udział spółka Exergon z Gliwic, która opracowała na bazie modelu matematycznego komplet założeń wejściowych i wyjściowych realizowanego procesu zamiany dwutlenku węgla i wodoru w gaz syntezowy.

Proces produkcji gazu syntezowego ma następować w modułowych, strukturalnych reaktorach metanizacji CO₂. Pracują nad nimi francuscy partnerzy projektu. Organizacja badawczo-rozwojowa CEA zaprojektowała pierwszy reaktor testowy o wydajności 3–4 m sześc. CO₂/h na wlocie, natomiast firma Atmostat jest firmą wykonawczą tych reaktorów.

– Presja UE na redukcję emisji CO₂ nie ustaje. Projekt CCS nie powiódł się do końca. Jego następca CCU będzie musiał ten błąd naprawić – zauważa Janusz Tchórz, dyrektor Departamentu Badań i Technologii w spółce TAURON Wytwarzanie.

Kajetan Berezowski
Publicysta tygodnika Trybuna Górnicza
i portalu górniczego nettg.pl