Ο ευρύς δημόσιος διάλογος για τις νέες τεχνολογίες μείωσης της εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα, ένας διάλογος που ακουμπά ιδιαίτερα τη χώρα μας, η οποία αναζητά το οικονομικό μέλλον για τις περιοχές, όπου σε λίγα χρόνια θα σβήσουν οι μονάδες λιγνίτη, ή για δραστηριότητες, όπως πχ τα διυλιστήρια, που απειλούνται από τη μετάβαση στην κλιματική ουδετερότητα φέρνει  στο προσκήνιο, πέραν των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και  μία σειρά από νέες  λύσεις, από το υδρογόνο και τη διακράτηση διοξειδίου του άνθρακα ως τα συνθετικά καύσιμα.

Ο εξειδικευμένος οίκος McKinsey σε πρόσφατη μελέτη του ασχολείται με το σύστημα Δέσμευσης Χρήσης και Αποθήκευσης διοξειδίου του άνθρακα ((CCUS), μία τεχνολογία ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα για τη μείωση των εκπομπών ρύπων σε τομείς, όπως το τσιμέντο κλπ. Πρόκειται για μια ομάδα τεχνολογιών και τεχνικών που αιχμαλωτίζουν  το  παραγόμενο CO2 και το χρησιμοποιούν ή το αποθηκεύουν για να αποτρέψουν την απελευθέρωσή του στην ατμόσφαιρα. Μέσω της άμεσης δέσμευσης αέρα (DAC) ή της βιοενέργειας με δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα (BECCS), το CCUS μπορεί στην πραγματικότητα να μειώσει τις συγκεντρώσεις CO2 στην ατμόσφαιρα, οδηγώντας στις λεγόμενες  «αρνητικές εκπομπές».  Σε ορισμένες περιπτώσεις, το CO2, που διακρατείται μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία άλλων προϊόντων, από τσιμέντο και σκυρόδεμα  ως τα συνθετικά καύσιμα.

Το CCUS δεν μειώνει την ανάγκη για συνέχιση της μείωσης των εκπομπών CO2 με άλλους τρόπους, όπως η χρήση των ΑΠΕ κλπ. Προσφέρει όμως σημαντικές δυνατότητες για τη μείωση των εκπομπών σε ιδιαίτερα «δύσκολους» τομείς, όπως η παραγωγή τσιμέντου και χάλυβα. Επιπλέον, το CCUS, μαζί με τον τρόπο που δίνει ή ίδια η φύση για τη  δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα,  μέσω της αναδάσωσης, θα ήταν ένα απαραίτητο βήμα στο οδικό χάρτη για τον περιορισμό της υπερθέρμανσης του πλανήτη  κατά 1,5 βαθμούς Κελσίου πάνω από τα προ βιομηχανικά επίπεδα, όπως προβλέπει η Συμφωνία του Παρισιού

Ωστόσο, για να πετύχει η τεχνολογία των  CCUS,  όπως αναφέρει η μελέτη, θα πρέπει να υπάρξουν έργα εμπορικής κλίμακας οικονομικά βιώσιμα. Αυτό προϋποθέτει μείωση του κόστους, ρυθμιστικά πλαίσια που να παρέχουν κίνητρα για εφαρμογές CCUS και  τεχνολογική καινοτομία που θα καταστήσει το διοξείδιο του άνθρακα πρώτη ύλη για την παραγωγή μίας σειράς υφιστάμενων  ή νέων προϊόντων.

Πολλές βιομηχανικές διεργασίες παράγουν CO2, κυρίως όταν χρησιμοποιούν καύση άνθρακα, πετρελαίου ή φυσικού αερίου  για να παράγουν ενέργεια, αλλά και σε  λιγότερο προφανείς λειτουργίες,  όπως πχ η θέρμανση ασβεστόλιθου  για την παραγωγή τσιμέντου. Η οδήγηση του αυτοκινήτου  ή η θέρμανση των σπιτιών απελευθερώνει επίσης CO2. Το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να συλληφθεί στην πηγή των εκπομπών, όπως σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής ή διυλιστήρια, ή ακόμη και από τον ίδιο τον αέρα.

Μια σειρά τεχνολογιών - μερικές χρησιμοποιούν μεμβράνες, άλλες χρησιμοποιούν διαλύτες - μπορούν να διακρατήσουν CO 2 στην πηγή. . Αφού συλληφθεί,  το συμπυκνωμένο CO2 μπορεί να μεταφερθεί (πιο οικονομικά μέσω αγωγού) σε εγκαταστάσεις,  όπου μπορεί είτε να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη για  βιομηχανικές εφαρμογές όπως πχ η σκλήρυνση  σε σκυρόδεμα ή ως πρώτη ύλη για την παραγωγή συνθετικών αεροπορικών καυσίμων, είτε απλώς να αποθηκευτεί υπόγεια.

Όλες  αυτές οι επιλογές συμβάλλουν στη σταθεροποίηση των επιπέδων CO2 στην ατμόσφαιρα. ‘Όμως η μεγάλη πρόκληση είναι η οικονομία. Η αποθήκευση διοξειδίου του άνθρακα σήμερα φαίνεται ως η πιο προφανής επιλογή, λόγω του άφθονου γεωλογικού δυναμικού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αποθηκευτικός χώρος και της ωριμότητας της σχετικής τεχνολογίας. Ωστόσο, η αποθήκευση CO2 σε εμπορική κλίμακα συνεπάγεται ένα  καθαρό κόστος για τις εταιρίες, δεδομένης της έλλειψης ρυθμιστικών και άλλων κινήτρων για τη χρήση της, για τα δύσκολα νομικά ζητήματα, που μπορούν να ανακύψουν,  όπως η ευθύνη για πιθανές διαρροές ή την περίπλοκη γραφειοκρατία  σχετικά με τη χρήση υπόγειων ιδιοκτησιών.

Τα οικονομικά του CCUS

Από σήμερα έως το 2030, σύμφωνα με την έρευνα και τα μαθηματικά μοντέλα της McKinsey,  το CCUS θα μπορούσε να αυξηθεί από 50 εκατομμύρια τόνους  CO2 ετησίως (Mtpa) σήμερα, ποσότητα που χρησιμοποιείται κυρίως για τη βελτιωμένη ανάκτηση πετρελαίου και τα ανθρακούχα ποτά , ως τουλάχιστον 500 Mtpa (0,5 gigatons ετησίως, ή Gtpa) – δηλαδή λίγο πάνω από το 1% των σημερινών ετήσιων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (41 Gtpa). Αυτό θα μπορούσε να αποκτήσει οικονομικό ενδιαφέρον για τις εταιρίες μέσα από τη διεύρυνση των βιομηχανικών εφαρμογών για το CO2.

Βελτιωμένη ανάκτηση πετρελαίου

Μεταξύ των χρήσεων CO2 από τη βιομηχανία, η βελτιωμένη ανάκτηση πετρελαίου (EOR)  είναι η πιο διευρυμένη εφαρμογή. . Αντιπροσωπεύει περίπου το 90 τοις εκατό της συνολικής χρήσης CO2 σήμερα (κυρίως στις Ηνωμένες Πολιτείες). Οι τυπικές διαδικασίες ανάκτησης αφήνουν υπόλειμμα από  40 έως περισσότερο από το 80 τοις εκατό του μη ανακτώμενου πετρελαίου, ανάλογα με παράγοντες όπως το βάθος της δεξαμενής, τα πορώδη υλικά και τον  τύπος του πετρελαίου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το επιπλέον πετρέλαιο που ανακτάται με τη χρήση διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να είναι από 5% έως περισσότερο από 15% και, εάν βρεθεί μια κοντινή βιομηχανική πηγή CO2 (όπως ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας ή ένα διυλιστήριο), η χρήση εκπεμπόμενου CO2 θα μπορούσε να είναι οικονομικά ελκυστική . Το μοντέλο  εκτιμά ότι έως το 2030, η χρήση CO2 για την EOR θα μπορούσε να αντιστοιχεί σε περισσότερα από 80 Mtpa CO2 ετησίως από συμβατικές δεξαμενές, ζώνες υπολειμματικών πετρελαίων (ROZ) και μη συμβατικές πετρελαιοπηγές.

Σκυρόδεμα από CO2

Οι νέες διαδικασίες θα μπορούσαν να κλειδώσουν μόνιμα το CO2 σε σκυρόδεμα, να «αποθηκεύσουν» CO2 σε κτίρια, πεζοδρόμια ή οπουδήποτε αλλού χρησιμοποιείται σκυρόδεμα. Αυτό θα μπορούσε να αποτελέσει μια σημαντική δυνατότητα αποαθρακοποίησης  Ένα παράδειγμα είναι οι προκατασκευασμένες πλάκες και  τα μπλοκ από σκυρόδεμα. Θα μπορούσαν ενδεχομένως να κατασκευαστούν από  νέους τύπους τσιμέντου, που  όταν σκληρυνθεί  σε περιβάλλον πλούσιο σε CO2, παράγει σκυρόδεμα, του οποίου περίπου το 25% του βάρους μπορεί να είναι CO2. Επιπρόσθετα το τσιμέντο που παράγεται με τη μέθοδο αυτή έχει χαμηλότερη περιεκτικότητα σε ασβεστόλιθο. Αυτό είναι σημαντικό, καθώς το ψήσιμο ασβεστόλιθου (ασβεστοποίηση) είναι μία διαδικασία που απελευθερώνει άφθονο CO 2.  Tο συμβατικό τσιμέντο Portland πχ ευθύνεται για περίπου  7% όλων των βιομηχανικών εκπομπών CO2 παγκοσμίως. Μια δεύτερη μέθοδος παραγωγής σκυροδέματος με CO 2 συνδυάζεται με    βιομηχανικά και  μπορεί να παράγει σκυρόδεμα, του οποίου το βάρος κατά   44% είναι  CO2.  Μέχρι το 2030, οι νέοι τρόποι παραγωγής  θα μπορούσαν να απορροφήσουν  τουλάχιστον 150 Mtpa CO2.

Αεροπορικά καύσιμα ουδέτερα από άνθρακα

Τεχνικά, το CO2 θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία σχεδόν κάθε είδους καυσίμου. Μέσω μιας χημικής αντίδρασης, το CO2 που λαμβάνεται από τη βιομηχανία μπορεί να συνδυαστεί με υδρογόνο για να δημιουργήσει συνθετική βενζίνη, αεροπορικά καύσιμα και ντίζελ. Το κλειδί θα ήταν η παραγωγή βιώσιμων ποσοτήτων υδρογόνου. Ένας κλάδος  που ενδιαφέρεται ιδιαίτερα για τα συνθετικά καύσιμα  είναι η αεροπορική βιομηχανία, η οποία καταναλώνει μεγάλες ποσότητες συμβατικών καυσίμων και είναι πολύ δύσκολο να μειώσει τις εκπομπές ρύπων.   Μέχρι το 2030, η McKinsey εκτιμά ότι αυτές οι τεχνολογίες  θα μπορούσαν να εξοικονομήσουν  περίπου 15 Mtpa CO2.

Σύλληψη CO2 από τον ατμοσφαιρικό αέρα  

Η άμεση δέσμευση CO 2  από τον αέρα (DAC) θα μπορούσε να ωθήσει τις εκπομπές CO2 σε αρνητικό επίπεδο. Το DAC κάνει ακριβώς αυτό που ακούγεται - συλλαμβάνει το CO2 απευθείας από την ατμόσφαιρα, όπου υπάρχει, ακόμα και  σε χαμηλές συγκεντρώσεις (400 μέρη ανά εκατομμύριο ή 0,04% κατ 'όγκο).  Είναι τεχνολογία που μπορεί να τοποθετηθεί σε διάφορα σημεία, συμπεριλαμβανομένων τόσο των  βιομηχανικών εγκαταστάσεων- πηγών διοξειδίου του άνθρακα,  όσο και σε πιο διάχυτες εκπομπές,  όπως για τη σύλληψη CO 2 από οχήματα, αεροπλάνα, πλοία, κτίρια και τη γεωργία. Οι εγκαταστάσεις DAC θα μπορούσαν να βρίσκονται σε χώρους αποθήκευσης ή βιομηχανικής χρήσης, παρακάμπτοντας την ανάγκη για ακριβές υποδομές  αγωγών μεταφοράς CO2 σε χώρους αποθήκευσης.   Το μεγάλο πρόβλημα είναι  ότι το σύστημα DAS χρειάζεται πολλή ενέργεια  για να μπορέσει να αιχμαλωτίσει  το CO2 σε πολύ χαμηλές ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις. Το κόστος είναι πολύ υψηλό, άνω των 500 $ ανά τόνο CO2 που αιχμαλωτίζεται – ποσό που είναι  πέντε έως δέκα φορές πάνω από το κόστος διακράτησης του  CO2 από βιομηχανικές πηγές ή πηγές ηλεκτροπαραγωγής. Υπάρχουν σχέδια για την αξιοποίηση  αυτής της τεχνολογίας και για τη σημαντική μείωση του κόστους ανά μονάδα, αλλά με τα σημερινά δεδομένα είναι πολύ δύσκολο να προβλεφθεί  το αν και πότε η συγκεκριμένη τεχνολογία θα μπορούσε να γίνει οικονομικά ανταγωνιστική.

Μετατροπή Βιομάζας σε ενέργεια

Η βιοενέργεια με δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα βασίζεται στην ίδια τη  φύση για την απομάκρυνση του CO2 από την ατμόσφαιρα και  τη χρήση του σε άλλες εφαρμογές. Η χρήση ξυλείας από βιώσιμη  συγκομιδής ξύλου ως καυσίμου, ή αλλου τύπου βιομάζα καθιστά τη διαδικασία κομποστοποήσης ουδέτερη ως προς τον άνθρακα.  Η χρήση  βιομάζας ως καυσίμου  θα μπορούσε να γίνει αρνητική στο διοξείδιο του  άνθρακα , εάν οι προκύπτουσες εκπομπές CO2 αποθηκεύονταν  υπόγεια ή χρησιμοποιούνταν ως πρώτες ύλες  για βιομηχανικά προϊόντα (σκυρόδεμα και συνθετικά καύσιμα) .

Ανθρακονήματα 

Τα σούπερ ισχυρά αλλά και σούπερ ελαφρά ανθρακονήματα   χρησιμοποιούνται σήμερα για την παραγωγή μίας ευρείας γκάμμας προϊόντων,  από τα πτερύγια των αεροπλάνων έως τα πτερύγια των ανεμογεννητριών κλπ.  . Η τιμή του συστατικού άνθρακα, που χρησιμοποιείται για τα ανθρακονήματα  είναι υψηλή (20.000 $ τον τόνο), οπότε οι κατασκευαστές θα ήθελαν να έχουν ένα φθηνότερο υποκατάστατο που θα μπορούσε να προέλθει από το CO2. Επιπλέον, ο όγκος του χρησιμοποιούμενου CO2 θα μπορούσε να αυξηθεί  σημαντικά εάν τα νέα, φθηνότερα ανθρακονήματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ευρέως για την ενίσχυση των δομικών υλικών. Υπάρχουν πιλοτικά έργα που επικεντρώνονται σε αυτή τη νέα τεχνολογία, αλλά για να φθάσουν να γίνουν εμπορικά βιώσιμα εκτιμάται ότι θα απαιτηθεί  μια δεκαετία ή και  περισσότερο. Έως το 2030 η συμβολή των ανθρακονημάτων από CO2 στη μείωση του διοξειδίου του άνθρακα  θα ήταν 0,1 Mtpa CO2.

Aλλες βιομηχανικές εφαρμογές που δοκιμάζονται είναι η χρήση CO2 στην παραγωγή πλαστικών σε αντικατάσταση των  υλικών από ορυκτά καύσιμα, που χρησιμοποιούνται σήμερα  Η « πράσινη πολυουρεθάνη» - που χρησιμοποιείται σε προϊόντα όπως υφάσματα, δάπεδα για αθλητικά κέντρα, ακόμα και σε  στρώματα - βρίσκεται στα αρχικά στάδια της εμπορικής διάθεσης. Άλλη εφαρμογή είναι το βιο-κάρβουνο (biochar) από τα αποβλήτα βιομάζας των αγροκτημάτων.  Όταν τα απόβλητα αυτά θερμαίνονται σε περιβάλλον με χαμηλή περιεκτικότητα οξυγόνου, δημιουργείται αυτό που ονομάζεται «biochar» - ένα τροποποιημένο υλικό που μοιάζει με κάρβουνο που χρησιμοποιείται σήμερα από έναν μικρό αριθμό μικρών αγροτών και κηπουρών, κυρίως στις ΗΠΑ. Η παραγωγή biochar συλλαμβάνει το 50% του CO2 που διαφορετικά θα απελευθερωνόταν κατά την αποσύνθεση των αποβλήτων - και διατηρεί το μεγαλύτερο μέρος αυτού του CO 2  για έως και 100 χρόνια. Όμως η εν λόγω τεχνολογία εκτιμάται ότι απέχει περισσότερο από μια δεκαετία από το σημείο που θα μπορούσε να γίνει εμπορικά εκμεταλλεύσιμη.

Περίπου οι μισές εκπομπές CO2 παράγονται από εργοστάσια, διυλιστήρια, σταθμούς παραγωγής ενέργειας κλπ. Ορισμένες εκπομπές, όπως αυτές από τα εργοστάσια αιθανόλης, είναι καθαρότερες από άλλες και μπορούν να αιχμαλωτιστούν  σχετικά φθηνά, για περίπου 25 έως 30 $ τον τόνο. Για λιγότερο καθαρές πηγές (όπως εκπομπές από εγκαταστάσεις παραγωγής τσιμέντου και χάλυβα ή μονάδες παραγωγής ενέργειας από άνθρακα και φυσικό αέριο ), το κόστος ανεβαίνει απότομα, στα  60 $ έως και πάνω από 150 $ τον τόνο.  

Σήμερα, η μεταφορά του CO2 με αγωγό  από την εγκατάσταση παραγωγής στη μονάδα αποθήκευσης είναι ίσως ο πιο αδύναμος κρίκος στην αλυσίδα αξίας. Στις ΗΠΑ, τη χώρα με την πιο προχωρημένη  τεχνολογία στον τομέα αυτό, λειτουργούν  περίπου 5.000 μίλια αγωγών μεταφοράς CO2, σε σύγκριση με 300.000 μίλια αγωγών φυσικού αερίου. Εκτός των Ηνωμένων Πολιτειών, οι αγωγοί για τη μεταφορά CO2 είναι σπάνιοι.

Αποθήκευση

Οι προκλήσεις για την αποθήκευση CO2 είναι κυρίως μη τεχνικές  και αποτελούν συνάρτηση οικονομικών, νομικών και κανονιστικών προκλήσεων. Σύμφωνα με ορισμένες εκτιμήσεις, οι Ηνωμένες Πολιτείες θα μπορούσαν έχουν τη γεωλογική δυνατότητα αποθήκευσης του CO2 που παράγουν ετησίως για 500 χρόνια, ενώ παγκοσμίως η ανάλογη γεωλογική δυνατότητα είναι περίπου 300 χρόνια. Αυτή η δυνατότητα περιορίζεται από το γεγονός ότι η αποθήκευση διοξειδίου του άνθρακα χωρίς την μετέπειτα δυνατότητα εμπορικής του εκμετάλλευσης  αποτελεί ένα τεράστιο κόστος  και έτσι προσελκύει σχετικά λίγες επενδύσεις και καινοτομίες έργων, ελλείψει ρυθμιστικής υποστήριξης ή κινήτρων. Επιπλέον, υπάρχουν επίσης περίπλοκα νομικά ζητήματα που πρέπει να επιλυθούν, όπως η ευθύνη για πιθανές διαρροές, καθώς και οι περιπλοκές δικαιοδοσίας που σχετίζονται με την υπόγεια ιδιοκτησία και χρήση. Ωστόσο, μέχρι το 2030 εκτιμάται ότι οι χώροι αποθήκευσης στον πλανήτη θα μπορούσαν να μειώσουν κατά  200 Mtpa το  CO2.

Κανονισμός λειτουργίας

Ένας τρόπος για την κρατική ενίσχυση της τεχνολογίας διακράτησης του CO 2 είναι οι εκπτώσεις φόρου, σύστημα που χρησιμοποιούν οι ΗΠΑ.  Στις Ηνωμένες Πολιτείες, μια πίστωση φόρου (Internal Revenue Code, Section 45Q) προσφέρει 35 $ τον τόνο για χρήση CO2 και 50 $ τον τόνο για γεωλογική αποθήκευση.  Μια εναλλακτική λύση θα ήταν η τιμολόγηση του άνθρακα.

Κατά μία έννοια, το σύστημα CCUS αποτελεί μια φυσική προέκταση αυτού που συμβαίνει καθημερινά στην παγκόσμια οικονομία: η συλλογή και  η διάθεση αποβλήτων και η μετατροπή ορισμένων από αυτά σε προϊόντα και υλικά υψηλότερης αξίας. Για μια ευρεία γκάμα παραγόντων στη βιομηχανία πετρελαίου, φυσικού αερίου και χημικών, το CCUS αντιπροσωπεύει μία φυσική προέκταση  των βασικών τους  δυνατοτήτων - όπως η λειτουργία αγωγών, η διαχείριση δεξαμενών και η σύνθεση νέων υλικών - και επομένως θα μπορούσε να είναι μια σημαντική ευκαιρία. Ωστόσο για να λειτουργήσει αποτελεσματικά και να ωριμάσει εμπορικά και τεχνολογικά η οικονομία  χρειάζονται  κίνητρα και υποστηρικτικό ρυθμιστικό και κανονιστικό πλαίσιο, καταλήγει η έρευνα της McKinsey, υπογραμμίζοντας ότι το CCUS μπορεί να βοηθήσει  αποτελεσματικά και να επισπεύσει τη μετάβαση σε μια οικονομία χαμηλών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα.