Zachytávání a ukládání oxidu uhličitého

Technologie k zachytávání oxidu uhličitého u cementárny Heidelberg, v Breviku v Norsku.

Zachytávání/zachycování a ukládání oxidu uhličitého (CCS z anglického carbon capture and storage) je proces zachytávání odpadního oxidu uhličitého (CO₂), doprava do úložiště a uložení na místě, kde nebude vstupovat do atmosféry. CO₂ se obvykle zachycuje z velkých bodových zdrojů jako jsou cementárny nebo elektrárny na biomasu, a obvykle je skladován v podzemním geologickém souvrství. Cílem je zabránit uvolňování velkého množství CO₂ do atmosféry z těžkého průmyslu. Jedná se o potenciální prostředek ke zmírňování příspěvku emisí oxidu uhličitého z průmyslu a z vytápění ke globálnímu oteplování a k okyselování oceánů. Ačkoli CO₂ byl vstřikován do geologických souvrství pro různé účely po několik desetiletí, včetně vylepšení těžby ropy, dlouhodobé skladování CO₂ je relativně nový koncept.

Rozdíl mezi CCS a CCUS

Proces CCS se často zaměňuje s procesem CCUS, jde ale o něco trochu jiného. Zatímco zkratka CCS (Carbon Capture and Storage) se soustředí čistě na trvalou izolaci skleníkového plynu pod zemí s cílem zamezit klimatické změně, zkratka CCUS (přidané písmeno U znamená Utilization – využití) přidává k procesu prvek dalšího komerčního nebo průmyslového zpracování oxidu uhličitého. Zachycený plyn může být využit v potravinářství, při výrobě syntetických paliv a plastů, v chemickém průmyslu (např. výroba močoviny nebo metanolu) či ve stavebnictví k mineralizaci betonu. Zcela specifickou historickou i současnou metodou komerčního využití zachyceného CO2 je technologie EOR (Enhanced Oil Recovery), kdy se plyn vtláčí do ropných ložisek pro usnadnění vytěžení zbývající ropy. Dlouhodobý efekt na snížení emisí u CCUS závisí na formě konečného produktu – u syntetických paliv či hnojiv se uhlík brzy vrátí do ovzduší, zatímco při využití ve stavebnictví může zůstat stabilně vázán dlouhá staletí.

Fáze procesu CCS

Celý technologický proces CCS se skládá ze tří hlavních a technologicky navazujících kroků.

1. Zachytávání CO₂ Z průmyslových plynů nebo spalin se CO₂ odlučuje několika metodami. Technologické řešení u bodových zdrojů se dělí do tří základních koncepcí:

• Zachytávání po spalování (Post-combustion): CO₂ se zachytává ze spalin vzniklých hořením paliva, např. chemickou absorpcí. Výhodou je možnost instalace i do existujících provozů.
• Zachytávání před spalováním (Pre-combustion): Fosilní palivo je konvertováno na syntézní plyn. Následně se odstraní oxid uhličitý a zbývá čistý vodík k dalšímu bezemisnímu energetickému využití.
• Spalování v kyslíku (Oxy-combustion): Palivo se spaluje ve směsi kyslíku, nikoliv vzduchu. Výsledné spaliny tak obsahují téměř výhradně vodu a vysoce koncentrovaný CO₂, který se snadno oddělí.

Pro tyto účely se používají metody chemické absorpce (nejčastěji aminové roztoky), adsorpce na porézních materiálech, případně rozvíjející se technologie membránové separace či kryogenní metody zmrazování plynu.

2. Transport CO₂ Vzhledem k obrovským objemům se nejekonomičtějším způsobem dálkové přepravy jeví specializované produktovody. Aby se plyn dal potrubím efektivně dopravovat a minimalizovala se koroze ocelových trubek, musí být CO₂ silně dehydratován a zpravidla kompresí uveden do takzvané husté (superkritické) fáze. V menším měřítku nebo přes oceány lze k přepravě využít zkapalněný plyn po železnici, silnicích či prostřednictvím lodních tankerů.

3. Ukládání CO₂ K uskladnění dochází injektáží do hlubinných geologických vrstev, a to obvykle do hloubek větších než 800 metrů, kde tlak a teplota udržují CO₂ v superkritickém stavu podobném kapalině. Zcela zásadní podmínkou pro každé úložiště je propustná sběrná vrstva (rezervoár) pokrytá mohutnou a nepropustnou krycí (izolační) horninou (tzv. caprock), jež funguje jako zátka zabraňující průsaku na povrch. Pro trvalé ukládání jsou nejvhodnější:

• Slané akvifery: Porézní sedimentární horniny nasáklé slanou, dále nevyužitelnou vodou. Ty celosvětově tvoří největší ukládací potenciál.
• Vytěžená ložiska ropy a plynu: Ačkoliv mají menší kapacitu, jde o detailně prozkoumaná a zmapovaná místa se známou strukturou.

V podzemním rezervoáru probíhá izolace v čase díky několika jevům. Zprvu jde o strukturální zadržení o geologickou bariéru a reziduální uvíznutí plynu v jemných pórech skály. Postupem let se začne oxid uhličitý rozpouštět v přítomné solance, se kterou následně geochemicky reaguje (mineralizace), čímž se zkapalněný plyn trvale promění na pevné vápencové a jiné nerostné struktury. Tyto takzvané in-situ mineralizační procesy se již úspěšně testují například vtláčením CO₂ do reaktivních čedičových (bazaltových) hornin na Islandu.

Využití v průmyslových sektorech

Implementace CCS hraje klíčovou roli v takzvaných hard-to-abate (těžko dekarbonizovatelných) sektorech. Jedná se o výrobní procesy, ve kterých se emisím nelze vyhnout pouhou elektrifikací, neboť oxid uhličitý zde vzniká přímo jako produkt nutných chemických reakcí. Zvláštní význam má technologie CCS v:

• Výrobě cementu a vápna: Kolem 2/3 emisí zde tvoří procesní emise z rozkladu samotného vápence a CCUS je tak jednou z mála schůdných cest k dosažení uhlíkové neutrality těchto provozů.
• Hutnictví a ocelářství: Emise jsou generovány mimo jiné v procesu redukce železné rudy koksárenským uhlím ve vysokých pecích.
• Chemický průmysl: Fosilní vstupy jsou nutné například pro zpracování čpavku či hnojiv.
• Energetické využití odpadu (ZEVO): Rostoucí využití spaloven komunálního odpadu znamená nárůst produkovaného CO₂, k němuž do budoucna povede snaha instalovat moduly pro zachytávání uhlíku.

CCS, negativní emise a odstraňování atmosférického uhlíku

Aby bylo z celosvětového hlediska možné dodržet Pařížskou dohodu, nepostačí pouze zastavit vypouštění nových emisí (mitigace v průmyslu), ale bude nutné již vypuštěný oxid uhličitý aktivně odebírat. S technologiemi CCUS jsou proto úzce propojené inovativní přístupy zvané Carbon Dioxide Removal (odstraňování uhlíku), které se opírají o generování takzvaných negativních emisí.

• BECCS (Bioenergy s CCS): Systém založený na výrobě energie a tepla spalováním biomasy. Rostliny při svém růstu zachytávají atmosférický CO₂ a pokud se tyto emise při spálení následně zachytí technologií CCS, celkové množství plynu v atmosféře se trvale zmenší.
• DACCS (Direct Air Capture and Storage): Využití inženýrských velkokapacitních filtrů k přímému vysávání a extrakci skleníkových plynů z ambientního vzduchu v atmosféře. Technologie přímého záchytu (DAC) jsou velmi mladé a dynamicky se rozvíjí. V polských Kielcích například aktuálně instaluje firma Oraquel experimentální zařízení fungující plně na solární pohon. Nově se objevují i řešení se sníženou spotřebou; izraelský startup RepAir Carbon vyvinul inovativní lapače s funkcí elektrochemického palivového článku (baterie), u nichž by celková spotřeba energie měla klesnout až o 70 %.

Ekonomické a politické aspekty

Komplexní budování průmyslové CCS infrastruktury vyžaduje obrovské investice (odhadem v EU jen pro stavbu budoucí soustavy plynovodů pro CO₂ až 23 miliard eur). V případě komerčních elektrárenských instalací platí, že nutná integrace záchytu představuje navýšení ceny dodávané energie, nehledě na dodatečnou energetickou zátěž samotné filtrace. Mezinárodní analýzy v minulosti odhadovaly obvyklé investiční a provozní náklady pro samotný proces zachytávání v průmyslu ve výši 10 až 170 eur na každou tunu CO₂. Doprava produktovody zatíží systém zhruba částkou 1,5 až 16 eur/t a náklady na hlubinné uložení se obvykle pohybují v rozmezí 1 až 20 eur za tunu. Metody filtrace přímo ze vzduchu (DAC) se přitom v odhadech mohou šplhat k cenám od stovek po tisíce eur na jednu tunu plynu. Startupové alternativní technologie nicméně slibují zlevnění budoucích systémů DAC v řádech desítek eur a přiblížení se aktuálním tržním cenám emisních povolenek EU.

Pro překonání úvodních finančních bariér proto státy i regionální bloky aktivují dotační programy. V Evropské unii jsou pro takové účely alokovány finance přes Inovační fond či Fond pro spravedlivou transformaci. Vzniku nových projektů navíc napomáhá tlak plynoucí ze systému obchodování s emisními povolenkami (EU ETS) – plyn uložený hluboko v geologických strukturách se nepovažuje za vypuštěný, a ulevuje tak podniku od plateb. Dle nového unijního Nařízení o průmyslu s nulovými čistými emisemi (NZIA) má být v EU do roku 2030 vytvořena nová společná úložná kapacita pro nejméně 50 milionů tun CO₂.

Globální nasazení a stav v Česku

Podle dat Mezinárodní energetické agentury (IEA) a Global CCS Institute fungovalo v polovině roku 2024 na světě 44 komerčních CCS zařízení. Přibližně 90 % z nich však bylo historicky spjato se zpracováním zemního plynu či s naftařským průmyslem (EOR). Mezinárodní energetická agentura přesto modeluje, že do roku 2030 by se kapacita úložišť díky budovaným projektům mohla skokově zvýšit na zhruba 430 milionů tun ročně. Průkopníkem je Norsko, kde komerční ukládání do mořského dna (projekt Sleipner) probíhá již od roku 1996. V současnosti na něj navazují přeshraniční terminály Northern Lights v Norsku a Porthos v Nizozemsku.

V ČR počítá se zapojením CCUS Vnitrostátní plán v oblasti energetiky a klimatu. Pro udržitelnou dekarbonizaci těžkého průmyslu (především cementárny, vápenné pece a ocelárny) bude podle modelů SEEPIA po roce 2040 nutné v tuzemsku zachytávat kolem 7 milionů tun CO₂ ročně. Protože Česká geologická služba odhaduje podzemní úložnou kapacitu českých hornin na masivních 1 200 milionů tun, jeví se jako potenciální budoucí úložiště hlubinné slané akvifery a vytěžená ropná a plynová ložiska na jihovýchodní Moravě. Příkladem je mezinárodní průzkumný projekt CO2-SPICER, který modeluje vtláčení do vytěženého ložiska Zar-3. Česká vláda v roce 2025 schválila Akční plán CCUS, jenž má pomoci vytvořit potřebnou legislativu a dálkovou přepravní infrastrukturu pro CO₂.

Environmentální a bezpečnostní aspekty, kritika

CCUS čelí také rozsáhlé skepsi. Institut IEEFA (anglicky Institute for Energy Economics and Financial Analysis) upozornil na analýzu IEA World Energy Outlook 2025, podle které hraje CCUS při dosahování uhlíkové neutrality naprosto marginální roli (méně než 5 % všech potřebných úspor), zatímco drtivou většinu zajistí obnovitelné zdroje, úspory a elektrifikace.

Protest proti technologiím CCS na konferenci a symposiu CO2CRC (Carbon Capture and Storage Conference) ve městě Torquay v Anglii

Klimatičtí a ekologičtí aktivisté navíc CC(U)S kritizují jako nespolehlivý "greenwashing" a falešné řešení, jež má pouze ospravedlnit prodlužování těžby fosilních paliv. Poukazují přitom na to, že řada předchozích velkých projektů nedosáhla slibovaných parametrů zachycených emisí. Významným argumentem kritiků jsou též bezpečnostní rizika transportu vysoce stlačeného a těžkého plynu. Protržení potrubí s CO₂, které je těžší než vzduch, může vést k udušení – varovným mementem se stala nehoda v americké obci Satartia ve státě Mississippi v roce 2020, kde únik z poškozeného ropovodu vedl k hospitalizaci 45 obyvatel. Zvláštním environmentálním rizikem je vznik "indukovaného zemětřesení", ke kterému může ve výjimečných případech lokálně dojít narušením rovnováhy podzemních tlaků při velkoobjemové injektáži do hornin. Kritickým nebezpečím pak zůstávají případné nechtěné trhliny ať už v krycích horninách, nebo u těsnění starých vrtů, jež by vedly k úniku naakumulovaného plynu zpět k zemskému povrchu. Geologická úložiště proto musí být velmi striktně chráněna hustou sítí čidel, seismických stanic, gravimetrie a senzorů na monitoring podzemní vody.

Odkazy

Literatura

• (anglicky) SMIT, Berend; JEFFREY A REIMER; CURTIS M OLDENBURG; IAN C BOURG. Introduction to Carbon Capture and Sequestration. [s.l.]: [s.n.], 2014. (The Berkeley Lectures on Energy; sv. 1). ISBN 978-1-78326-327-1. doi:10.1142/p911. S2CID 108553622. , Imperial College Press, ISBN 978-1-78326-327-1
• (anglicky) GA Mansoori, N Enayati, LB Agyarko (2016), Energy: Sources, Utilization, Legislation, Sustainability, Illinois as Model State, World Sci. Pub. Co., ISBN 978-981-4704-00-7
• BIELLO, David. The Carbon Capture Fallacy. Scientific American. January 2016, s. 58–65. doi:10.1038/scientificamerican0116-58. PMID 26887197. Bibcode 2015SciAm.314a..58B. 
• (anglicky) SAPEA, Science Advice for Policy by European Academies (2018). Novel carbon capture and utilisation technologies: research and climate aspects.https://www.sapea.info/ccu/: SAPEA, Science Advice for Policy by European Academies. ISBN 978-3-9819415-5-5. doi: 10.26356/CARBONCAPTURE

Související články

• Biouhel
• Globální oteplování
• Mezivládní panel pro změnu klimatu
• Propad uhlíku
• Rámcová úmluva OSN o klimatických změnách
• Skleníkové plyny

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu zachytávání a ukládání oxidu uhličitého na Wikimedia Commons
• (anglicky) Global Status Report of CCS 2025 (59 stran, data z léta 2025)
• (anglicky) Zvláštní zpráva Mezivládního panelu pro změny klimatu o zachycování a skladování oxidu uhličitého
• Informační portál pro technologie zachytávání a ukládání CO₂ (Česká geologická služba)
• Greenpeace: Nespoléhejme na zachycování uhlíku (CCS). Klimatu nepomůže.

Autoritní data	GND: 7628985-0 LCCN: sh2007000915 NLI: 987007547382705171

Portály: Životní prostředí