Geologické ukládání oxidu uhličitého

Experimentální úložiště CO₂ v Ketzinu, Německo

Geologické ukládání oxidu uhličitého je nedílnou součástí a zároveň koncovým článkem technologie zachytávání a ukládání oxidu uhličitého (CCS).

Hlavní principy

Pro geologické ukládání CO₂ ve velkém měřítku jsou nejvhodnější dva typy geologických struktur:

• Vytěžená ložiska ropy a zemního plynu, o nichž máme dostatek informací díky jejich dřívějšímu průzkumu a těžbě
• Hlubinné slané akvifery, což jsou porézní horniny obsahující v pórech slanou vodu, která je často mnohem slanější než mořská a tudíž nevhodná k jakémukoli využití.

Ostatní možnosti, jako např. netěžitelné uhelné sloje nebo čedičové horniny, jsou zatím předmětem výzkumu. Mohou však představovat nové možnosti pro ukládání CO₂ v budoucnu.

Oxid uhličitý je při ukládání zatlačován pomocí vrtů do hluboko uložených hornin obsahujících póry mezi minerálními zrny nebo drobné trhliny, přičemž z těchto pórů vytěsňuje jiné tekutiny (fluida), které jsou zde přítomny: vodu, ropu nebo zemní plyn. Vhodné jsou takové hostitelské horniny, které mají dobrou pórovitost a propustnost (permeabilitu). Takové horniny se obvykle vyskytují v sedimentárních pánvích; jsou výsledkem usazování hornin (sedimentace) v geologické minulosti. Typickým příkladem takových hornin jsou některé pískovce. Velmi jemnozrnné nepropustné sedimenty (např. jíly, jílovce, břidlice), které se rovněž vyskytují v těchto pánvích, tvoří nepropustné bariéry mezi propustnými úložnými formacemi. Díky tomuto uspořádání mohly vzniknout přirozené akumulace ropy, zemního plynu a někdy i přirozeného CO₂, které jsou důkazem schopnosti takovýchto struktur zadržovat fluida po milióny let.

Horninové formace, úložné struktury (rezervoáry) a nepropustné polohy tvoří složité struktury, které jsou nestejnorodé (heterogenní), nerovnoměrně rozmístěné a často postižené zlomy. Z tohoto důvodu je pro výběr a posouzení vhodných struktur pro hlubinná úložiště CO₂ nezbytná podrobná znalost geologické stavby dané lokality a odborné geologické znalosti a zkušenosti. Potenciální úložiště musí splňovat řadu kritérií, z nichž nejdůležitější jsou:

• dostatečná pórovitost, propustnost a úložná kapacita
• existence nepropustného nadloží – např. souvislé vrstvy jílů, jílovců, slínů nebo solí (evaporitů), které zabrání uloženému CO₂ migrovat směrem k povrchu
• přítomnost „strukturních pastí“, např. elevačních struktur, které omezí rozsah migrace (pohybu) CO₂ v rámci úložné formace
• hloubka větší než 800 m, aby bylo dosaženo dostatečného tlaku a teploty pro existenci CO₂ v podobě „husté tekutiny“ (v tzv. superkritickém stavu), která zaručuje uložení maximálního možného množství CO₂
• nepřítomnost pitné vody v úložné struktuře, atd.

Příklady vhodných úložných struktur

Jedním z příkladů geologické struktury, která splňuje výše uvedená kritéria, je tzv. jižní permská pánev, které se rozprostírá od Anglie až do Polska. Písky se zde ukládaly v několika obdobích geologické minulosti. Sedimenty byly pak postiženy horninotvornými procesy, v jejichž důsledku vznikly vrstvy pískovců; část pórů v nich zůstala vyplněna slanou vodou nebo zemním plynem. Mezilehlé vrstvy jílu byly stlačeny a vytvořily nepropustné polohy, které zabránily výstupu fluid k povrchu. Většina pískovcových formací leží v hloubce 1 – 4 km, kde je dostatečný tlak pro ukládání CO₂ v podobě „husté tekutiny”. Obsah solí rozpuštěných ve vodě přítomné v pórech se zde pohybuje v rozmezí 100 – 400 g/l, tzn. že voda je nasycená solemi a tudíž mnohem slanější než mořská. Při pozdějších pohybech souvisících se vznikem solných dómů vznikla řada strukturních pastí pro zemní plyn. Tyto a obdobné pasti jsou nyní objektem průzkumu pro úložiště CO₂ a pilotních projektů.

Úložná kapacita

Odhady úložné kapacity jsou obvykle velmi přibližné; jsou založeny na prostorovém rozsahu dané potenciálně vhodné úložné struktury. Úložná kapacita může být odhadována v různých měřítkách – od celého kontinentu přes jednotlivé státy, hrubé odhady na úrovni celé sedimentární pánve nebo úložné struktury (rezervoáru) až po postupně přesnější výpočty, které již berou v úvahu heterogenitu (různorodost) a složitost reálné geologické struktury.

Obvykle se rozlišuje několik úrovní stanovení úložné kapacity:

• objemová kapacita založená na odhadu dostupného pórového prostoru v úložných horninách; východiskem jsou rozložení, mocnost a vlastnosti potenciálně vhodných hornin
• realistická kapacita vztažená obvykle k danému úložišti; bere v úvahu další informace o úložišti a vlastnostech těsnícího nadloží, jako je injektivita, přítomnost fluid a pravděpodobná strategie vtláčení; tyto odhady už vyžadují detailní informace o úložišti, aby bylo možno provést počítačové simulace vtláčení CO₂ a jeho pohybu v úložišti
• realizovatelná kapacita, kdy v konečném důsledku o tom, zda bude daná struktura nakonec využita jako úložiště, rozhodují socio-ekonomické faktory – existence vhodných zdrojů zachyceného CO₂, náklady na ukládání, ručení, právní rámec a přijatelnost pro veřejnost; tyto negeologické vlivy lze jen obtížně předvídat a analyzovat.

Lze konstatovat, že v Evropě je dostatečná objemová kapacita pro ukládání CO₂; je s ní však spojena i značná míra nejistoty, zejména u slaných akviferů. Akvifery mohou poskytnout dostatečnou úložnou kapacitu pro velké zdroje emisí CO₂ na desítky let; je však třeba postupně zlepšovat a upřesňovat naše znalosti o těchto strukturách, které dosud většinou nebyly předmětem žádného soustavného průzkumu. V současné době se této otázce věnuje řada národních i mezinárodních projektů, jejichž cílem je tyto nové poznatky získat.

Kritika

Technologie CCS není považována za trvale udržitelnou. Je také příliš nákladná.

Související články

• Zachytávání a ukládání oxidu uhličitého

Externí odkazy

• (česky) Informační portál pro technologie zachytávání a ukládání CO₂
• (anglicky) CO₂GeoNet - European Network of Excellence on the Geological Storage of CO₂
• (anglicky) CGS Europe - Pan-European Coordination Action on CO₂ Geological Storage
• (anglicky) Intergovernmental Panel on Climate Change: IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage (CCS)

Autoritní data	NKC: ph674724