Τα συστήματα Δέσμευσης και Αποθήκευσης Άνθρακα (Carbon Capture and Storage-CCS) ουσιαστικά «φυλακίζουν» σε πορώδη πετρώματα βαθιά στο υπέδαφος το διοξείδιο του άνθρακα που παράγουν βιομηχανικές και ηλεεκτροπαραγωγικές μονάδες. Το πρόβλημα είναι ότι αυτή τη στιγμή πρόκειται για μια λύση ενεργοβόρο και οικονομικά μη βιώσιμη. Έτσι, οι επιστημονικές προσπάθειες απομάκρυνσης του άνθρακα από την ατμόσφαιρα εστιάζουν στα συστήματα Δέσμευσης και Χρήσης Άνθρακα (Carbon Capture and Utilisation-CCU), τα οποία χρησιμοποιούν το διοξείδιο του άνθρακα ως πρώτη ύλη για την παραγωγή καυσίμων, χημικών και άλλων βιομηχανικών προϊόντων. Τι είναι η δέσμευση του άνθρακα
Η διπλή πρόκληση της περιβαλλοντικής και οικονομικής βιωσιμότητας αποδείχτηκε ανυπέρβλητο εμπόδιο για τα συστήματα CCS. Οι απότομες αυξομειώσεις της θερμοκρασίας κατά την απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα και την απελευθέρωσή του μέσα από τους διαλύτες που χρησιμοποιούνται κατά τη δέσμευσή του αυξάνουν την κατανάλωση καυσίμου μιας μονάδας κατά 20% ως 30%. Το παράδειγμα του πρώτου συστήματος CCS μεγάλης κλίμακας που ενσωματώθηκε σε μια ηλεκτροπαραγωγική μονάδα άνθρακα στον Καναδά είναι αρκετά εύγλωττο: το έργο χρηματοδοτήθηκε με 1,2 δισ. δολάρια από κρατικά κεφάλαια. Η ηλεκτροπαραγωγική μονάδα ορυκτών καυσίμων Boundary Dam της SaskPower στην Αλμπέρτα του Καναδά ξεκίνησε να λειτουργεί τον προηγούμενο Οκτώβριο. Παράγει ηλεκτρική ενέργεια για 100.000 κατοικίες δεσμεύοντας παράλληλα διοξείδιο του άνθρακα το οποίο επαναχρησιμοποιείται στις εξορυκτικές δραστηριότητες. Αναλυτικότερα, το Boundary Dam δεσμεύει το 90% των εκπομπών CO2 από τα φουγάρα του και τα χρησιμοποιεί για την εξόρυξη πετρελαίου από τα παρακείμενα πηγάδια. Σύμφωνα με τη SaskPower κάθε χρόνο θα δεσμεύονται ένα εκατομμύριο μετρικοί τόνοι άνθρακα, όγκος ισοδύναμος με την απομάκρυνση 200.000 αυτοκινήτων από τους δρόμους και κατά 65% χαμηλότερος από αυτόν που εκπέμπει μια καινούργια μονάδα φυσικού αερίου αντίστοιχης ισχύος. Ωστόσο, τα πολύ υψηλά κόστη κατασκευής και οι μεγάλες διακυμάνσεις στις τιμές των καυσίμων συνθέτουν ένα περιβάλλον αβεβαιότητας για την ομαλή ανάπτυξη της τεχνολογίας και την προσέλκυση ιδιωτικών και κρατικών επενδυτικών κεφαλαίων. Για παράδειγμα, η ηλεκτροπαραγωγική μονάδα Drax στο Βόρειο Γιόρκσαϊρ της Αγγλίας ακύρωσε ένα επενδυτικό σχέδιο ύψους 1 δισ. στερλινών για την εγκατάσταση ενός συστήματος CCS τον Σεπτέμβριο του 2015 λίγο μετά την κατάργηση των φοροαπαλλαγών για την παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας. Σε κάθε περίπτωση, κάθε τεχνολογία που εξαρτάται εξολοκλήρου από κρατικές ενισχύσεις σε μακροπρόθεσμο ορίζοντα θα αποδειχθεί οικονομικά μη βιώσιμη, όχι μόνο διότι υπόκειται στον κίνδυνο της αλλαγής πολιτικού και οικονομικού περιβάλλοντος (όπως συνέβη με τις ΑΠΕ στην Ελλάδα). Τα παραπάνω αποδεικνύουν περίτρανα ότι η επιτυχία ή η αποτυχία των τεχνολογιών εξαρτώνται λιγότερο από την καινοτομία και περισσότερο από τις οικονομικές συνθήκες.
Η λύση CCU
Ένας από τους λόγους που η τεχνολογία CCU μοιάζει ελκυστικότερη επιλογή είναι το ότι τα προϊόντα που παράγει αποσβαίνουν μέρος του κόστους που συνεπάγεται η δέσμευση άνθρακα. Η χημική βιομηχανία ήδη καταναλώνει περίπου 200 εκατ. τόνους διοξειδίου του άνθρακα κάθε χρόνο με τον μεγαλύτερο όγκο να αναμειγνύεται με αμμωνία για την παρασκευή ουρίας. Όμως, το διοξείδιο του άνθρακα κείται στον πυθμένα ενός εξαιρετικά βαθιού θερμοδυναμικού πηγαδιού με συνέπεια η ανάσυρσή του να είναι μια πολύ ενεργοβόρα υπόθεση. Η απλή μετατροπή του σε ένα προϊόν με αξία δεν συμβάλλει ιδιαίτερα στην καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής εάν συνεπάγεται επιπλέον εκπομπές ρύπων από την υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Το μεγάλο μειονέκτημα της λύσης CCU είναι ότι πολλά από τα τελικά προϊόντα της τελικά επιστρέφουν ως διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είτε ως καύσιμα που καίγονται είτε ως πλαστικά που αποσυντίθενται. Συμπερασματικά, η τεχνολογία CCU δεν μπορεί να αναστρέψει την κλιματική αλλαγή από μόνη της, αλλά σίγουρα μπορεί να συμβάλλει στην ανάπτυξη βελτιωμένων συστημάτων δέσμευσης άνθρακα.
Καινοτομίες
Η χημεία διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην τεχνολογία CCU, αλλά μέχρι σήμερα έχουν σημειωθεί διόλου ευκαταφρόνητες επιτυχίες. Η εταιρεία Covestro (πρώην Bayer MaterialScience) έχει αναπτύξει έναν καινοτόμο καταλύτη από ψευδάργυρο για να συνδυάσει το διοξείδιο του άνθρακα και το εποξυπροπάνιο σε πολυόλες, υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή αφρών πολυουρεθάνης. Μια ανάλυση του κύκλου ζωής έδειξε ότι η διαδικασία μειώνει τις εκπομπές ρύπων κατά 19% συγκριτικά με τις συμβατικές διαδικασίες και καταναλώνει 16% λιγότερα ορυκτά καύσιμα, ποσοστά καθόλου ευκαταφρόνητα σε έναν κλάδο όπου και η τελευταία ποσοστιαία μονάδα μετράει. Στο Κεμπέκ του Καναδά, η δέσμευση του άνθρακα γίνεται με οδηγό τη βιολογία και όχι τη χημεία. Εκεί, η εταιρεία CO2 Solutions χρησιμοποιεί ένα πολύ ισχυρό ένζυμο καρβονικής ανυδράσης για να δεσμεύει δέκα τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως σε απλό υδατικό ανθρακικό κάλιο. Η συνεργασία επιστημόνων διαφορετικών κλάδων -βιολόγων, χημικών και χημικών μηχανικών θεωρείται απαραίτητη για την ανάπτυξη οικονομικά βιώσιμων τεχνολογιών CCU. Την πρώτη μεγάλη μονάδα δέσμευσης διοξειδίου του άνθρακα απευθείας από την ατμόσφαιρα αναπτύσσει η Climeworks AG, μια ελβετική «επιχείρηση έντασης γνώσης». Η εταιρεία υποστηρίζει ότι η μονάδα που θα εγκατασταθεί το Χίνβιλ, κοντά στη Ζυρίχη της Ελβετίας, θα μπορεί να δεσμεύει περίπου 900 εκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα κάθε χρόνο. Οι ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα που θα συγκεντρώνει η μονάδα θα πωλούνται σε ένα κοντινό θερμοκήπιο που θα μπορέσει να αυξήσει την παραγωγή μαρουλιών κατά 20%. Η τεχνολογία βασίζεται σε ένα καινοτόμο φίλτρο που παγιδεύει με χημικό τρόπο το διοξείδιο του άνθρακα στην επιφάνειά του. Ο δεσμευμένος άνθρακας απελευθερώνεται ωςαέριο διοξειδίου του άνθρακα υψηλής καθαρότητας κατόπιν της θέρμανσης του φίλτρου στους 100 βαθμούς Κελσίου, διαδικασία που επιτρέπει τη χρήση του φίλτρου για αρκετές φορές. Σε μεσομακροπρόθεσμο ορίζοντα, η εταιρεία σχεδιάζει να προμηθεύσει το διοξείδιο του άνθρακα σε βιομηχανίες παραγωγής αεριούχων ποτών. Απώτερη φιλοδοξία της Climeworks είναι η τεχνολογία της να χρησιμοποιηθεί ως μέσο αποθήκευσης ανανεώσιμης ενέργειας υπό τη μορφή ενός κλιματικά ουδέτερου συνθετικού καυσίμου που θα παράγεται από ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα, νερό και καθαρή ηλεκτρική ενέργεια από ΑΠΕ.
Εν κατακλείδι, οι τεχνολογίες δέσμευσης άνθρακα έχουν πολύ δρόμο ακόμα να διανύσουν προτού αναδειχθούν σε οικονομικά και περιβαλλοντικά βιώσιμη λύση.
