ZATAPIANIE CO2 W MORZACH I OCEANACH.
Składowanie CO2 w oceanach wydaje się wielką pokusą. Wynika to stąd, że wykorzystanie do składowania wyeksploatowanych złóż ropy naftowej i gazu ziemnego jest ograniczone niewystarczającą ich pojemnością oraz problemami środowiskowymi, mającymi bezpośredni związek z okoliczną ludnością. Teoretyczna pojemność oceanów dla CO2 wydaje się ogromna. Pozornie metoda jest prosta. Gdyby wprowadzać CO2 płytko pod powierzchnię oceanu, zrobilibyśmy powierzchniową warstwę wody sodowej z szybkim ulatnianiem się CO2 do atmosfery. Ta ucieczka do atmosfery odbywałaby się w sposób niekontrolowany i nie do wyłapania.
Pomiędzy oceanami i atmosferą występują naturalne wzajemne migracje dwutlenku węgla wielkości 20 razy większej aniżeli roczne antropogeniczne emisje CO2. Zależą one w głównej mierze od ciśnienia parcjalnego CO2 i od temperatury oceanu. Zatem powierzchniowe wprowadzanie do oceanów CO2 przez człowieka zda się na nic. Dwutlenek węgla należałoby więc zatapiać głęboko. Dwie możliwe opcje:
1) Puszkowanie CO2. Każda z cystern do zatapiania pojemności np. 1000 m3 przy ciśnieniu 5 MPa potrafiłaby przyjąć zaledwie 100 ton CO2. Siła wyporu działająca na taką cysternę wynosiłaby 1000 ton. Gdyby konstruować mocniejsze cysterny na 15 MP – byłoby to zaledwie 300 ton CO2. Potrzebny byłby zatem, poza masą samego stalowego zbiornika, odpowiednio duży balast, np. z betonu. Koszt energetyczny wszystkich etapów całego przedsięwzięcia byłby ogromny i obejmowałby wyłapanie i kompresję CO2, wyprodukowanie stali oraz betonu. Po przeliczeniu na CO2 okazuje się, że dodatkowa ilość CO2 uwolnionego z tego powodu osiąga poziom CO2 składowanego w ten sposób. Przy 37 Gt antropogenicznego CO2 rocznie, wymagałoby to w pierwszym przypadku 370 milionów bezpowrotnie traconych cystern, w drugim 120 milionów, co mogłoby wymagać podwojenia światowej produkcji stali.
2) Pogrążanie CO2 rurą wgłąb oceanu. W tym przypadku należałoby sprężyć CO2 do takiego ciśnienia, aby jego gęstość przekroczyła gęstość wody oceanicznej. Taką gestość uzyskuje się przy wtłoczeniu CO2 na głębokość przynajmniej 2700 metrów. Jest to technicznie do wykonania. Z uwagi na powstający z połączenia CO2 z wodą kwas węglowy – rury byłyby pewnie ze stali kwasoopornej nierdzewnej. Problem jednak tkwi w ciśnieniu, pod jakim trzeba by ten dwutlenek węgla wtłaczać. Byłby to już ciekły lub nadkrytyczny CO2. Technicznie realne w skali masowej jest sprężanie do 15 MPa. To nie za wiele. Można jednak odwołać się do fizyki dwutlenku węgla i odkrycia w 1882 roku klatratów CO2 przez polskiego naukowca, profesora Uniwersytetu Jagiellońskiego Zygmunta Wróblewskiego (ur. 1845 w Grodnie – zm. 1888 w Krakowie). Klatraty dwutlenku węgla, czyli hydraty, to struktury krystaliczne CO2 · 6H2O o właściwościach nieco zbliżonych do hydratów metanu – źródła gazu ziemnego. Możliwe są do uzyskania w temperaturze oceanu przy ciśnieniu kilku MPa. Niestety, nie udało się opracować technologii pozwalającej na produkcję dużych ilości klatratów CO2, ponadto klatraty z natury zapychają rury przesyłowe. Nie to jest jeszcze głównym problemem. Składowanie CO2 obejmuje szereg procesów: wychwytywanie, sprężanie, transport, pogrążanie, monitoring. Poniżej przedstawione zostanie własne, dosyć ostrożne oszacowanie energii potrzebnej do sprężenia 1m3 CO2 do ciśnienia 5 MPa. Wprawdzie dwutlenek węgla jest daleki od gazów doskonałych, a dla uproszczenia spróbujmy zadowolić się najbliższą procesowi przemianą izotermiczną. W=RT·ln(P2/P1), lub W=RT·ln(V1/V2) gdzie P1 i P2 to odpowiednio ciśnienie początkowe i końcowe, V1, V2 – objętości początkowa i końcowa, W – praca sprężania w odniesieniu do 1 mola gazu, R- stała gazowa, R=8,3J/(mol · K), T- temperatura, T=273K. Sprężenie do wspomnianego ciśnienia 1 m3 CO2 wymaga 4 ·10e5 J, zaś dla całego antropogenicznego dwutlenku węgla, wynoszącego 37 GT rocznie wymaga 7,4 ·10e18 J. Roczna produkcja energii elektrycznej na świecie wynosi 9,6 ·10e19J. To oznacza, że blisko 8% światowej produkcji energii elektrycznej musielibyśmy przeznaczać na sprężanie CO2 do pogrążania go w oceanach. Przyjmując dla sprężania wielostopniowego na wyrost sprawność 50%, sprężanie CO2 do 5 MPa pożerałoby aż 15 % światowej produkcji energii elektrycznej. W przypadku produkcji energii elektrycznej z paliw kopalnych, np. gazu ziemnego, sprawność elektrowni jest bliska 50%. To już przynajmniej podwaja zużycie energii pierwotnej (przynajmniej, bo trzeba by jeszcze uwzględnić nakłady energii na wydobycie i transport paliw i CO2). Sumarycznie zatapianie CO2 w oceanach tylko w procesie sprężania pożerałoby przynajmniej 4% energii pierwotnej. Powyższe oszacowania odnoszą się do założenia, że potrafilibyśmy wydajnie produkować klatraty przy ciśnieniu 5 MPa, które moglibyśmy pogrążać na głębokości zaledwie pół kilometra. Gdyby jednak trzeba było pompować CO2 na głębokość 2700 metrów, zużycie energii byłoby prawie 3 razy wyższe. W pierwszej chwili może wydawać się, że powinno być aż 5 razy wyższe. Otóż najpewniej pompowalibyśmy CO2 w stanie nadkrytycznym, ponadto CO2 jako gaz niedoskonały ma taką ciekawą właściwość, że w niższych temperaturach (poniżej 1000 C) zależność P · V od P nie jest linią prostą, jak dla gazu doskonałego, lecz ściśliwość CO2 zwiększa się w zakresie ciśnień od 5MPa do 50 MPa (Kulessa Reinhard, Termodynamika chemiczna, Równanie stanu oraz ogólne relacje termodynamiczne, Kraków, UJ, 2011), a przez to wydatnie wzrasta gęstość CO2. We wspomnianym wyżej raporcie IPCC z 2005 roku analizując, wprawdzie inaczej ujęte diagramy dotyczące CO2 z Aneksu I Properties of CO2 and Carbon-based fuels, Freund P., Bachu S., Simbeck D., Thambimuthu K., Gupta M. , dochodzi się do podobnych wniosków, co i tak jest energią astronomiczną. W rozdziale 8 tegoż raportu: Cost and economical potential, autorzy: Herzog H., Dadhich P., Dooley J., Fujii Y., Hohmeyer O., Riahi K. i in., oszacowali koszty wychwytywania i składowania dwutlenku węgla dla różnych typów elektrowni. Okazuje się, że koszt inwestycji tylko w przypadku samego wychwytywania CO2 wzrasta od 30% do nawet 100% wobec elektrowni bez tych procedur. Koszt uzyskanej energii wzrasta od 30 do 70 %. Wzrost zużycia paliw od 16 do 40%.
Polscy naukowcy również próbowali analizować proces składowania dwutlenku węgla: Dubiński J., Wachowicz J., Koteras A., Podziemne składowanie dwutlenku węgla – możliwości wykorzystania technologii CCS w Polskich warunkach, Górnictwo i Geologia, GIG, Katowice, 2010.
Godna uwagi jest praca dotycząca sposobów ograniczenia energochłonności procesów sekwestracji dwutlenku węgla w energetyce: Panowski M., Zarzycki R., Wykorzystanie ciepła z chłodzenia wielostopniowego układu sprężania CO2 w układzie regeneracji bloku parowego, Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal, 2014, t.17. Trwający entuzjazm niektórych naukowców pracujących dla IPCC może wynikać z nieznajomości wcześniejszych prac lub wprost złej woli. Czy można o to podejrzewać byłego szefa IPCC przy ONZ? Czy Ala Gore’a, który nie jest naukowcem, ani nie ma wykształcenia technicznego, można podejrzewać o ignorancję?
Pomijając problemy energetyczne, trzeba przypomnieć niezwykle istotne aspekty środowiskowe celowego zatłaczania CO2 do oceanów. O ile naturalne wymiany antropogenicznego CO2 z oceanem odbywają się w sposób powolny, o tyle masowe wtłaczanie okazałoby się nieodwracalną katastrofą ekologiczną. Zatłoczony głęboko dwutlenek węgla tworzyłby na dnie oceanów jeziora kwasu węglowego, niszczące życie i strukturę minerałów dna morskiego, niewykluczone, że uwalniane byłyby przy okazji trujące pierwiastki i związki.
Proces rozpuszczania CO2 w wodzie jest reakcją egzotermiczną o określonej entalpii rozpuszczania, wynoszącej 19,4 kJ/mol. 19,4 kJ/mol= 0,44 kJ/t. Rozpuszczenie 37 Gt (roczna emisja CO2 całego świata) uwolni 1,54·10e13 J =15,4 TJ energii cieplnej. W skali całego oceanu nie byłoby to ciepło zauważalne. Jednakże, biorąc pod uwagę wtłaczanie dwutlenku węgla na dno akwenu, może to lokalnie podnieść temperaturę wód, zmienić lepkość, gęstość, a w efekcie zaburzyć cyrkulację – ustalone ruchy poziome warstw wód. Byłoby to dodatkowe ciepło oprócz tego, jakie w procesach wychwytu i sprężania odprowadzane byłoby częściowo pewnie też do oceanu. CO2 w przemyśle spożywczym służy do sterylizacji np. napojów. Czy może sobie ktoś wyobrazić, co stanie się z życiem w promieniu wielu kilometrów od miejsca wprowadzenia CO2 w związku z warstwowym układaniem się kwasu węglowego przy dnie? Sztuczne wtłoczenie CO2 do oceanów, zakwaszając wodę jeszcze szybciej, przyczyni się do obniżania pH oceanów, o co kopie kruszą inni autorzy raportów IPCC. Czyż nie można dojść do wniosku, że IPCC generuje pomysły i tworzy raporty, które przeczą same sobie? Rozpuszczalność CO2 w wodzie zależy od różnicy ciśnień parcjalnych CO2 w atmosferze i wodzie a także od pH roztworu, które to naruszone zostałyby intensywnym wprowadzaniem CO2 do oceanów. Wspomniane i skrytykowane wcześniej zatapianie cystern z CO2 w oceanach byłoby jak tykająca bomba, przypominająca zatapianie bojowych środków chemicznych w Bałtyku po II wojnie światowej, które kiedyś przerdzewieją. W przypadku, gdyby domniemany wpływ dwutlenku węgla na globalne ociepleniem był prawdziwy a nie urojony (lub spreparowanym oszustwem), to usunięcie CO2 z atmosfery doprowadzić by mogło do globalnego oziębienia – wyzwolenia epoki lodowcowej i wyginięcia mieszkańców Norwegii, Szwecji i Finlandii, jak kiedyś Neandertalczycy, lub do kilkukrotnego zwiększenia zapotrzebowania na energię używaną do ogrzewania.
Arrhenius 120 lat temu prorokował, że gdyby dwutlenek węgla miał taką moc, by powodować globalne ocieplenie, byłoby ono błogosławieństwem dla krajów, leżących w większych szerokościach geograficznych, jak np. Szwecja, Norwegia, Finlandia, Rosja, Alaska i Kanada oraz Grenlandia.
Ostatni chyba ważny argument. Dwutlenek węgla CO2 jest nie tylko produktem, ale i surowcem. Poza wymienianymi wcześniej zastosowaniami otwiera się przed CO2 kolejna kariera.
