background image

6.1. Etapy sekwestracji CO

2

  

 
6.2. Separacja CO

2

 ze strumienia spalin  

 
6.3. Trwałe zdeponowanie lub unieszkodliwienie CO

(deponowanie w morzach i  

        oceanach, mineralizacja CO

2

, sekwestracja geologiczna ) 

 
6.4. Monitoring – minimalizacja ryzyka sekwestracji geologicznej 
 

background image

Sekwestracja CO

2  

oznacza czynności mające na celu wychwycenie, transport oraz  
unieszkodliwienie lub  trwałe zdeponowanie i odizolowanie od biosfery  
dwutlenku węgla.
 

Najprostszym i najtańszym etapem sekwestracji jest transport. Skroplony dwutlenek węgla  
transportuje się  najczęściej rurociągami. Najdłuższy dotychczas uruchomiony rurociąg to 
McElmo Dome w USA (800 km).  

 

SEPARACJA CO

ZE STRUMIENIA 

SPALIN 

 

 

DEPOZYCJA 

W  IZOLACJI OD 

BIOSFERY 

 

TRANSPORT 

background image

Wysokie koszty realizacji tego etapu (60-70 % kosztów całkowitych sekwestracji) w 
znacznym stopniu wynikają ze zwykle niskiej zawartości CO

w gazach odlotowych

 
W energetyce spaliny odlotowe, w zależności od rodzaju spalanego paliwa, zawierają od 3 
do 15% CO

2

. Nowoczesne technologie produkcji energii umożliwiają ograniczenie ładunku 

CO

2

 wprowadzanego do atmosfery przy równoczesnym wzroście jego udziału w spalinach: 

• zgazowanie węgla  - udział rośnie do 40 % 
• oxy - fuel – udział przekracza  80 %  

 

metody separacji 

• absorpcja chemiczna 
• absorpcja fizyczna (np. na węglu aktywnym, zeolitach),  
• adsorpcja fizyczna w metanolu, glikolu etylenowym, 
• filtracja na membranach, 
• procesy kriogeniczne.  

background image

6.2. Metody separacji CO

2

 –  absorpcja 

chemiczna 

 

•absorpcja w wodnym roztworze (15-30 %) monoetanoloaminy (MEA) 

2HO-C

2

H

4

-NH

2

 + CO

2

 + H

2

O  

  (HO-C

2

H

4

-NH

3

)2CO

 

• absorpcja pod ciśnieniem w gorącym wodnym roztworze (25-35 %) 
   

węglanu potasu (metoda Bensona-Fielda) 

 
      

w absorberze powstaje kwaśny węglan potasu 

CO

2

 + H

2

O  

   HCO

-

3

 + H

+

 

K

2

CO

3

 + HCO

-

3  

   2KHCO

w desorberze wskutek 

rozprężania (0,15 MPa) z kwaśnego węglanu 

potasu  wydziela 

się  mieszanina  CO

2

  i  H

2

0,  a  po  oddzieleniu  wody 

uzyskuje 

się  CO

2

  (99  %),  natomiast  zregenerowany 

węglan  potasu 

kierowany jest ponownie do absorbera 

 

background image

6.2. Metody separacji CO

– filtracja na 

membranach 

 

Duże nadzieje wiąże się z metodami membranowymi, które  zapewniają  
największą skuteczność i ciągłość procesu, nie generując przy tym 
wtórnych odpadów.  
 
W inżynierii membran wykorzystuje się nanotechnologię w procesie 
szeregowania i polimeryzacji pojedynczych cząsteczek na 
powierzchniach półprzepuszczalnych błon. W efekcie uzyskuje się 
jednorodne, ultracienkie błony. W porównaniu z konwencjonalnymi 
membranami wymagają one znacznie mniejszej energii separacji przy 
równocześnie większej selektywności. 
 
Jedna z metod - SLIP (solventless vapor deposition combined with in situ 
polimerization
 

– depozycja pary o niskiej zawartości rozpuszczalnika w 

układzie kombinowanym z polimeryzacją na miejscu) - rozwijana w 
laboratorium Livermore.  

background image

 deponowanie CO

2

 w morzach o oceanach - 

jest bezprawne

  

konwencje międzynarodowe - zakaz składowania odpadów na i pod dnem morskim (Konwencja Londyńska – 
wyjątek dla platform wiertniczych prowadzących poszukiwania lub eksploatację złóż, natomiast kategorycznie 
zabrania deponowania CO

2

, który powstał na lądzie na skutek zupełnie innych procesów technologicznych) 

• sekwestracja geologiczna – 

najwięcej możliwości i największy zasób doświadczeń 

wyczerpane lub eksploatowane złoża gazu ziemnego i ropy naftowej 
głębokie wyeksploatowane pokłady węgla 
głębokie nie eksploatowane pokłady węgla 
wyeksploatowane kawerny solne 
głębokie poziomu wodonośne

 

 mineralizacja CO

2 

– 

trwałe i neutralne dla środowiska związanie CO

2

 w węglanach 

  

reakcja CO

2

 z minerałami lub odpadami mineralnymi: 

 glinokrzemiany magnezu - serpentyn oraz oliwin  
 odpady betonowe, popioły lotne, odpady azbestowe, żużle hutnicze 

Prowadzone są m.in. prace nad określeniem możliwości utylizacji CO

 w zawiesinach popiołowo-wodnych 

deponowanych w wyeksploatowanych kopalniach węgla kamiennego. 

background image

Źródło:Marcin Lutyński,  
Wydział Górnictwa i Geologii Politechniki Śląskiej 

Wyjątek dla 
morskich platform 
wiertniczych – 
deponowanie w 
morzach i oceanach  

background image

Warunki lokalizacji  

stabilny  tektonicznie  teren,  na  którym  występują  skały  osadowe  o  dużej  miąższości,  znacznym 
rozprzestrzenieniu, o dobrych właściwościach kolektorskich, posiadające izolujący nadkład skalny 

Takie  warunki  spełniają  duże  baseny  sedymentacyjne,  w  których  występują  złoża  surowców  energetycznych 
(ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel kamienny).  
 

Wymagania techniczne 

aby  przechowywanie  CO

2

  było  bezpieczne  i  długotrwałe  musi  być  on  wtłoczony  pod  powierzchnię  ziemi  na 

głębokość  ponad  800  m;  na  tej  głębokości  CO

staje  się  nadkrytycznym  płynem,  o  gęstości  większej  od 

gazowego CO

2

, a przez to wymaga mniejszej pojemności do przechowywania; jest także mniej ruchliwy i ma 

większą rozpuszczalność, co zwiększa skuteczność sekwestracji.

  

6.3. Warunki realizacji sekwestracji geologicznej  

Podstawy prawne sekwestracji geologicznej:  

CO

2

 zatłaczany do złóż naftowych czy gazowych z punktu widzenia prawa nie jest odpadem tylko elementem 

powszechnie praktykowanej – zgodnie z zasadami sztuki górniczej – technologii 

Także w przypadku zatłaczania do złóż na Morzu Północnym jest medium, które wraca tam skąd wyszło – a 
więc też nie jest traktowane jako odpad. 

W innych przypadkach (spaliny kotłowe) – jako wychwycony i skroplony gaz cieplarniany jest odpadem – brak 
uregulowań prawnych (m.in. do kogo należy zdeponowany gaz, kto będzie ponosił koszty i konsekwencje 
potencjalnych awarii i katastrof, kto będzie zobowiązany do nadzoru i monitorowania tego depozytu) 

background image

Są to naturalne pułapki, które więziły ropę i gaz przez wiele milionów lat o dobrze 
poznanej budowie i istniejącej infrastrukturze technicznej 

Zatłaczanie dwutlenku węgla pod ziemię nie jest czymś nowym. Od dziesięcioleci ta 
technologia wykorzystywana jest przez górnictwo naftowe celem intensyfikacji 
wydobycia ropy naftowej. W II poł ubiegłego wieku latach kryzysu energetycznego w 
USA uruchomiono także specjalne instalacje do produkcji czystego dwutlenku węgla. 
Technologia EOC (Enhanced Oil Recovery
) stosowana obecnie w ponad 70 złożach 
ropy w USA pozwala na zmagazynowanie CO

2

  pochodzącego ze źródeł naturalnych i 

antropogenicznych w ilości 32 Mt CO

2

/rok.  

 

Metodę gazodźwigu od co najmniej ćwierć wieku stosuje się także do wspomagania 
eksploatacji „słabych odwiertów” wód mineralnych np. w uzdrowisku Krynica. 

6.3. Sekwestracja geologiczna - wyczerpane lub 
eksploatowane złoża gazu ziemnego i ropy naftowej  

background image

10 

Dwutlenkiem węgla wypełnia się puste przestrzenie poeksploatacyjne. Zachodzą także 
procesy adsorpcji w resztkach pokładów węgla.  

Zalety to bliska lokalizacja od źródeł emisji oraz znana przestrzeń magazynowa (do 
przeciętnej kopalni węgla kamiennego można zatłoczyć ok. 0,3 mln ton CO

2

/rok przez 

około 25 lat)  

Wadą jest konieczność rozwiązania problemów związanych z ograniczeniem 
nieszczelności tych struktur geologicznych (a zwłaszcza warstw nadległych oraz 
zasypanych połączeń wyrobisk dołowych z powierzchnią) spowodowanych 
eksploatacją górniczą oraz „wypychaniem” gazu do góry przez wodę w zalewanych 
kopalniach.  

background image

11 

Ze względu na swoją dużą powierzchnię właściwą i zdolności adsorpcyjne węgiel 
kamienny jest świetnym naturalnym magazynem dwutlenku węgla.  
W przypadku zatłaczania go do pokładów węgla zawierających metan, CO

2

 będzie go 

zastępował, umożliwiając jednoczesny odzysk tego gazu 
( ECBM - Enhanced Coal Bed Methane
 – wspomagane odzyskiwanie metanu z pokładów 
węgla).  

Zaletą jest obniżenie kosztów sekwestracji dzięki pozyskiwaniu metanu. 
 
Na świecie istnieją obecnie dwie instalacje próbne: 
    w Niecce San Juan na granicy stanu Nowy Meksyk i Colorado (USA) - do 
pokładów węgla kamiennego tłoczony jest CO2 oraz w drugiej instalacji N2,  
    w Polsce, gdzie wykorzystując otwory wiertnicze kopalni Silesia, zatłacza 
się CO2 z zakładów azotowych (projekt RECOPOL– Redukcja emisji CO2 
poprzez składowanie w pokładach węgla w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym 
w Polsce, 5PR UE, 2003-2005

 

6. 3. Sekwestracja geologiczna – głębokie nie 
eksploatowane pokłady węgla 

background image

12 

Zalety to:  
znana pojemność i budowa geologiczna oraz bardzo dobra szczelność, ale 
w znanej nam perspektywie czasowej.  

Wady: 
idea sekwestracji wymaga, aby czas magazynowania liczony był w setkach 
a nawet tysiącach lat, a złoża soli takiej pewności nie dają i z tego powodu 

kawerny solne wydają się być wątpliwymi składowiskami CO

2

.  

  

Sól jest plastyczna i pełza pod wpływem ciśnienia i temperatury powodując 
zaciskanie komory. Pojemność magazynowa kawern solnych jest ograniczona i 
wydaje się być niewystarczająca, aby w znaczący sposób zmniejszyć emisję CO

2

 do 

atmosfery. 

 

6. 3. Sekwestracja geologiczna –wyeksploatowane 
kawerny solne 

background image

13 

Zbudowane z porowatych i przepuszczalnych skał osadowych, głębokie poziomy 
wodonośne nadają się dobrze do podziemnego składowania CO

2

. Występują one 

powszechnie na obszarach dużych basenów sedymentacyjnych. 
  
W odróżnieniu od złóż węglowodorów, stopień ich rozpoznania jest bardzo 
zróżnicowany, zwykle dużo gorszy. Zatłaczanie CO2 do poziomów wodonośnych 
ma cel czysto środowiskowy i w przeciwieństwie do intensyfikacji wydobycia ropy 
naftowej czy też wspomaganego odzyskiwania metanu z pokładów węgla, nie 
wpływa na obniżenie kosztów operacji sekwestracji.  
 
Pojemność składowania w poziomach wodonośnych, znacznie większa niż w 
złożach ropy naftowej i gazu ziemnego, wpływa na większe nimi zainteresowanie. 
Opcja ta wymaga jednak dalszych badań i zgromadzenia nowych doświadczeń.  

6. 3. Sekwestracja geologiczna – głębokie poziomy 
wodonośne 

background image

14 

Ilość sekwestrowanego CO

2

 = 

emisji z elektrowni węglowej 
150 MW (~1mln t/rok) 

Oddziaływanie CO

2

 : 

z łupkowym nadkładem – węglany 
magnezu, żelaza, wapnia, 
z piaskowcem – węglany sodu i glinu 
(dawsonit), 
ale do takich interakcji dochodzi 
bardzo powoli 

W budowie kolejna instalacja 
przemysłowa Snøhvit na Morzu 
Barentsa.  

Gaz ziemny wydobywany ze złoża zawiera 4-9,5 % CO

2

. Przeznaczony do sprzedaży – nie 

więcej niż 2,5 %. Aby uniknąć opłat za emisję  (w Norwegii 35€/t CO

2

) odseparowa- ny nadmiar 

CO

2

 zatłaczany jest na głębokość około 1 km do zawierających solankę utworów piaszczystych 

o miąższości 200 m, oddzielonych od dna morskiego warstwą nieprzepuszczalnych łupków i 
mułowców.  

Źródło:Marcin Lutyński, Wydział Górnictwa i Geologii Politechniki Śląskiej 

background image

15 

Cele i metody monitoringu: 
• kontrola ilości zatłaczanego pod ziemię CO

i parametrów zatłaczania 

• śledzenie losów (lokalizacji)CO

• tradycyjne obrazowanie sejsmiczne 
• elektromagnetyczne (EM) obrazowanie sekwestracji w poprzek otworu  
   wiertniczego 
• tomografia elektrycznej rezystywności (ERT-electrical resistivity tomography)  
  – przestrzenny rozkład podpowierzchniowej rezystywności elektrycznej

 

• kontrola szczelności otworów, którymi zatłacza się CO

2

 – w trakcie  

  zatłaczania i po jego zakończeniu 

•  

znaczenie CO

izotopami gazów szlachetnych rozpuszczalnych w CO

2   

   (np. ksenonem) 
•  teledetekcja (samoloty a w przyszłości umieszczone w przestrzeni   
   wokółziemskiej platformy wyposażone w hyperspektralne kamery) 
 

6. 4. Monitoring – minimalizacja ryzyka 
sekwestracji geologicznej