Čo nám hovoria fyzikálne zákony o odstraňovaní CO₂

Wiadomość Americkej fyzikálnej spoločnosti (APS) o odstraňovaní atmosférického oxidu uhličitého (CDR) z januára 2025 poskytuje prehľad metód CDR a ich základných fyzikálnych obmedzení. Zameriava sa na prístupy CDR, ktoré majú potenciál prispieť k odstraňovaniu CO₂ v mierke gigaton/rok (Gt/rok).

Kľúčové body správy:

• Motivácia pre CDR: Ľudská činnosť pridáva do atmosféry Zeme približne 35 Gt CO₂ ročne zo zdrojov fosílnych palív. Obmedzenie celkového otepľovania spôsobeného antropogénnym CO₂ na 1,5 alebo 2 °C nad predindustriálnou úrovňou by si vyžadovalo odstránenie niekoľkých gigaton CO₂ ročne prostredníctvom CDR.
• Klasifikácia metód CDR:
  • Cyklické vs. jednorazové procesy: Systémy CDR možno rozdeliť na dva základné typy: cyklické a jednorazové. Cyklické systémy, ako napríklad chemická priama extrakcia vzduchu (DAC), používajú jednu dávku materiálu na opakované zachytávanie CO₂ v cyklickom procese. Jednorazové systémy používajú materiál, ktorý sa po zachytení CO₂ zlikviduje.
  • Prístupy k CDR: Medzi hlavné prístupy k CDR patrí chemická DAC, biologické zachytávanie uhlíka (ekosystémové, bioenergia sCCS a iné biologické prístupy), zvetrávanie hornín a zvyšovanie alkalinity oceánov.
• Chemické systémy priameho zachytávania vzduchu (DAC): Chemické systémy DAC odstraňujú CO₂ zo vzduchu pomocou pracovného materiálu, ako je tuhý sorbent alebo kvapalné rozpúšťadlo. Najväčšia spotreba energie v systémoch DAC je na extrakciu CO₂ zo sorbentu alebo rozpúšťadla.
• Biologické zachytávanie uhlíka: Biologické systémy prirodzene zachytávajú atmosférický oxid uhličitý prostredníctvom fotosyntézy. Ekosystémové CDR vo všeobecnosti zahŕňa úpravu využívania pôdy a postupov hospodárenia na podporu zvýšeného ukladania uhlíka v pôde alebo biomase. Bioenergia sCCS (BECCS) zahŕňa pestovanie plodín alebo stromov, ktoré zachytávajú biomasu, využívanie tejto biomasy v elektrárňach so zachytávaním oxidu uhličitého priamo zo zdroja a ukladanie CO₂.
• Ukladanie a sekvestrácia uhlíka: Priamy prístup k ukladaniu a sekvestrácii uhlíka zahŕňa stlačenie CO₂ do superkritickej tekutiny a jeho vstrekovanie do podzemnej nádrže, kde zostane uväznený.
• Meranie, vykazovanie a overovanie (MRV): Ak sa vynaloží vážne úsilie na rozsiahle zavedenie CDR, je nevyhnutné mať presné a spoľahlivé metódy na overenie, či bol uhlík skutočne odstránený z atmosféry a je trvalo uložený s minimálnym únikom a či proces nemal vážne negatívne vplyvy na ekosystémy alebo ľudské blaho.
• Ekonomické aspekty: Rozsiahle zachytávanie uhlíka má obrovské energetické a materiálové nároky a bolo by dosť nákladné. V súčasnosti neexistuje jasný domáci ani medzinárodný rámec na platenie za rozsiahle CDR.
• Odporúčania pre tvorcov politík: Rozsiahle CDR si vyžaduje značné vstupy energie a rozsiahlu materiálovú infraštruktúru. Je dôležité vyvinúť spoľahlivé systémy merania, vykazovania a overovania (MRV) na kvantifikáciu účinnosti systémov CDR a potvrdenie, že spoľahlivo zachytávajú a trvalo sekvestrujú atmosférický CO₂.

Správa zdôrazňuje, že pri implementácii CDR vo veľkom meradle je potrebný portfólio rôznych metód, pričom treba zohľadniť energetické požiadavky, materiálovú infraštruktúru, environmentálne vplyvy a ekonomické náklady. Dôležité je tiež vyvinúť spoľahlivé systémy MRV na overenie účinnosti systémov CDR. Wiosna

Slovník kľúčových pojmov

• CDR (Carbon Dioxide Removal): Odstraňovanie oxidu uhličitého, odkazuje na antropogénne aktivity, ktoré odstraňujú CO₂ z atmosféry a trvalo ho ukladajú v geologických, suchozemských alebo oceánskych rezervoároch, alebo v produktoch.
• DAC (Direct Air Capture): Priama extrakcia zo vzduchu, primárne odkazuje na chemickú priamu extrakciu zo vzduchu, špecifickú triedu prístupov k zachytávaniu uhlíka, ktorú možno použiť v kombinácii so sekvestráciou/ukladaním pre CDR (DACCS).
• DACCS (Direct Air Capture with Carbon Storage): Priama extrakcia zo vzduchu s ukladaním uhlíka, pozri aj DAC.
• DIC (Dissolved Inorganic Carbon): Rozpustený anorganický uhlík, odkazuje na všetky anorganické uhlíkové formy vo vodnom roztoku.
• DOC (Direct Ocean Capture): Priama extrakcia z oceánu, odkazuje na priame odstraňovanie CO₂ z oceánov, špecifická trieda prístupov k CDR.
• ERW (Enhanced Rock Weathering): Vylepšené zvetrávanie hornín.
• LULUCF (Land Use, Land Use Change, and Forestry): Využívanie pôdy, zmena využívania pôdy a lesníctvo.
• mCDR (Marine CDR): Morský CDR.
• MRV (Measurement, Reporting, Verification): Meranie, reportovanie, verifikácia.
• NET (Negative Emissions Technologies): Technológie negatívnych emisií, pozri CDR.
• OAE (Ocean Alkalinity Enhancement): Zvýšenie alkality oceánu.
• SOC (Soil Organic Carbon): Organický uhlík v pôde.