prof. dr hab. inż. Józef Dubiński* dr inż. Aleksandra Koteras* *Główny Instytut Górnictwa, Katowice



Podobne dokumenty
Możliwości składowania CO 2 w strukturach geologicznych

Możliwości składowania CO 2. w strukturach geologicznych. storage in geological formations. Possibilities of CO 2. strona 20

Prawne aspekty przygotowania i realizacji w Polsce projektów demonstracyjnych typu CCS (car bon capture and storage) w kontekście składowania CO2.

Krzysztof Stańczyk. CZYSTE TECHNOLOGIE UśYTKOWANIA WĘGLA


PROGRAM DEMONSTRACYJNY CCS. ROZWÓJ CZYSTYCH TECHNOLOGII WĘGLOWYCH w GRUPIE TAURON PE

LIDER WYKONAWCY. PGE Górnictwo i Energetyka Konwencjonalna S.A. Oddział Elektrownia Turów

MOśLIWOŚCI REALIZACJI CCS W GRUPIE LOTOS Z WYKORZYSTANIEM ZŁÓś ROPY NAFTOWEJ NA BAŁTYKU C.D.

Załącznik 1. Propozycja struktury logicznej Programu (cele i wskaźniki)

Dr Michał Wilczyński Niezależny ekspert CZY DEPONOWANIE DWUTLENKU WĘGLA W LITOSFERZE JEST MOŻLIWE I ZGODNE Z FILOZOFIĄ ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU?

WYCHWYTYWANIE I SKŁADOWANIE CO2 pochodzącego ze spalania paliw kopalnych (CCS) Adam WÓJCICKI

UNDERGROUND STORAGE OF CARBON DIOXIDE THE POSSIBILITIES FOR USING CCS TECHNOLOGY IN POLISH CONDITIONS

OPRACOWANIE TECHNOLOGII ZGAZOWANIA WĘGLA DLA WYSOKOEFEKTYWNEJ PRODUKCJI PALIW I ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Rekomendacja uczestników konferencji obywatelskiej na temat technologii wychwytywania i składowania CO2 (CCS)

STRATEGICZNY PROGRAM BADAŃ NAUKOWYCH I PRAC ROZWOJOWYCH. Zaawansowane technologie pozyskiwania energii. Warszawa, 1 grudnia 2011 r.

Analizy i opinie. Zmiany klimatu: wyzwania dla gospodarki. Znaczenie rozwoju technologii CCS w Polsce. Program: Klimat i Energia.

MoŜliwości redukcji emisji rtęci z energetyki

Pytania i odpowiedzi dotyczące proponowanej dyrektywy w sprawie geologicznego składowania dwutlenku węgla (CCS)

MoŜliwości realizacji CCS w Grupie LOTOS z wykorzystaniem złóŝ ropy naftowej na Bałtyku

POTENCJAŁ I PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA ZASOBÓW GEOTERMALNYCH W POLSCE WSPIERANIE PRZEZ PIG PIB ROZWOJU GEOTERMII ŚREDNIOTEMPERATUROWEJ W POLSCE

G S O P S O P D O A D R A K R I K NI N SK S O K E O M

Doświadczenia i zamierzenia Vattenfall w zakresie CCS

Gospodarka niskoemisyjna

Wsparcie dla badań i rozwoju na rzecz innowacyjnej energetyki. Gerard Lipiński

Energetyka odnawialna w procesie inwestycyjnym budowy zakładu. Znaczenie energii odnawialnej dla bilansu energetycznego

Zrównoważony rozwój regionów w oparciu o węgiel brunatny

X POLSKO-NIEMIECKA KONFERENCJA ENERGETYKA PRZYGRANICZNA POLSKI I NIEMIEC DOŚWIADCZENIA I PERSPEKTYWY SULECHÓW, LISTOPAD 2013

Program dla sektora górnictwa węgla brunatnego w Polsce

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia r.

Jak poprawić jakość powietrza w województwie śląskim?

Siły sprawcze poprawy efektywności Wykorzystania energii w budynkach

Innowacje dla wytwarzania energii

Wszyscy zapłacimy za politykę klimatyczną

PROF. DR HAB. INŻ. ANTONI TAJDUŚ

EKOLOGICZNA OCENA CYKLU ŻYCIA W SEKTORZE PALIW I ENERGII. mgr Małgorzata GÓRALCZYK

Polityka energetyczna w UE a problemy klimatyczne Doświadczenia Polski

Pytania i odpowiedzi na temat dyrektywy w sprawie geologicznego składowania dwutlenku węgla

KGZ Żuchlów. KGZ Żuchlów Stara Góra, Góra tel

ŁÓDZKIE NA GAZIE CENTRUM ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU

Stan poziomu technologicznego niezbędnego do oferowania bloków z układem CCS (w zakresie tzw. wyspy kotłowej, czyli kotła, elektrofiltru, IOS)

O co pytają mieszkańcy lokalnych społeczności. i jakie mają wątpliwości związane z wydobyciem gazu łupkowego.

Tendencje związane z rozwojem sektora energetyki w Polsce wspieranego z funduszy UE rok 2015 i co dalej?

Arkusz informacyjny dotyczący wychwytu i składowania dwutlenku węgla (CCS)

Polityka energetyczna Polski do 2050 roku rola sektora ciepłownictwa i kogeneracji

WĘGIEL PALIWEM BEZ PRZYSZŁOŚCI. Dr Michał Wilczyński

Daniel BORSUCKI DYREKTOR Zespołu Zarządzania Mediami KHW S.A. Katowice

Działania samorządu Województwa Śląskiego w propagowaniu Odnawialnych źródeł Energii i Efektywności Energetycznej

Jak powstają decyzje klimatyczne. Karol Teliga Polskie Towarzystwo Biomasy

KONWERGENCJA ELEKTROENERGETYKI I GAZOWNICTWA vs INTELIGENTNE SIECI ENERGETYCZNE WALDEMAR KAMRAT POLITECHNIKA GDAŃSKA

Plany do 2020, czyli myśl globalnie działaj lokalnie Marek Ściążko Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla. >1.5 t węgla/osobę 1

WFOŚiGW w Katowicach jako instrument wspierania efektywności energetycznej oraz wdrażania odnawialnych źródeł energii. Katowice, 16 grudnia 2014 roku

ROZPROSZONE SYSTEMY KOGENERACJI

Informacje Ogólne Podstawowymi wymogami w przypadku budowy nowych jednostek wytwórczych - bloków (zwłaszcza dużej mocy) są aspekty dotyczące emisji

RM R O Z P O R Z Ą D Z E N I E RADY MINISTRÓW z dnia 8 lipca 2011 r.

PLAN DZIAŁANIA KT 137. ds. Urządzeń Cieplno-Mechanicznych w Energetyce

Polityka energetyczna Polski do 2030 roku. Henryk Majchrzak Dyrektor Departamentu Energetyki Ministerstwo Gospodarki

ZOBOWIĄZANIA POLSKI DOTYCZĄCE OCHRONY KLIMATU. Prof. dr hab. inż. Maciej Nowicki

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

Warszawa, dnia 9 maja 2014 r. Poz. 591 ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 8 maja 2014 r.

CCS Ready. Wymóg wykonania oceny gotowości do wychwytywania, transportu i składowania CO 2 dla nowych bloków energetycznych

Odnawialne źródła energii a bezpieczeństwo Europy - Polski - Regionu - Gminy

Katowicki Holding Węglowy S.A.

PERSPEKTYWICZNE WYKORZYSTANIE WĘGLA W TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

PLAN GOSPODARKI NISKOEMISYJNEJ DLA MIASTA MYSŁOWICE. Spotkanie informacyjne Mysłowice, dn. 16 grudnia 2014 r.

Prawo Energetyczne I Inne Ustawy Dotyczące Energetyki Kogeneracja Skuteczność Nowelizacji I Konieczność

Kraków, 5-6 listopada 2013 r. Projekt CCS w PGE GiEK SA - blaski i cienie

ENERGETYKA W FUNDUSZACH STRUKTURALNYCH. Mieczysław Ciurla Dyrektor Wydziału Rozwoju Gospodarczego Urząd Marszałkowski Województwa Dolnośląskiego

Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN. BAZA SUROWCOWA I ZAGROŻENIA DLA BEZPIECZEŃSTWA ENERGERYCZNEGO POLSKI

Szanse i zagrożenia dla górnictwa węgla kamiennego w Polsce

Potencjał inwestycyjny w polskim sektorze budownictwa energetycznego sięga 30 mld euro

INFORMACJE ZAWARTE W ZMIANIE PLANU ZAGOSPODAROWANIA PRZESTRZENNEGO WOJEWÓDZTWA LUBUSKIEGO

WYCHWYTYWANIE I SKŁADOWANIE CO2 pochodzącego ze spalania paliw kopalnych (CCS) Adam WÓJCICKI

Fundusze unijne dla odnawialnych źródeł energii w nowej perspektywie finansowej. Warszawa, 3 kwietnia 2013 r.

KLASTER CZYSTEJ ENERGII

Schemat uzbrojenia odwiertu do zatłaczania gazów kwaśnych na złożu Borzęcin

Polska energetyka scenariusze

Wykonanie stymulacji produktywności metanu w otworach Gilowice 1 i Gilowice 2H

PL Zjednoczona w różnorodności PL A8-0409/11. Poprawka. Angelo Ciocca w imieniu grupy ENF

Programy dla przedsiębiorców na rzecz innowacji w ochronie środowiska w latach

Koncepcja rozwoju geotermii w Polsce Słupsk,

Polski węgiel dla potrzeb gospodarki w Polsce

FRAGMENT PROGRAMU POLITYCZNEGO CIEPŁO I ENERGIA - cz. II

Uwolnij energię z odpadów!

WPŁYW PRODUKCJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ W ŹRÓDŁACH OPALANYCH WĘGLEM BRUNATNYM NA STABILIZACJĘ CENY ENERGII DLA ODBIORCÓW KOŃCOWYCH

Innowacyjne technologie a energetyka rozproszona.

POROZUMIENIE PARYSKIE WS. KLIMATU SZANSE ROZWOJOWE DLA SPOŁECZNOŚCI LOKALNYCH I SAMORZĄDÓW

Czy ochrona środowiska i odnawialne źródła energii są efektywne finansowo?

Przyszłość energetyki słonecznej na tle wyzwań energetycznych Polski. Prof. dr hab. inż. Maciej Nowicki

Plan Gospodarki Niskoemisyjnej zakres i struktura dokumentu

Pakiet Klimatyczno- Energetyczny i 7. Program Badań i Technologii UE

PANEL EKONOMICZNY Zakres prac i wyniki dotychczasowych analiz. Jan Pyka. Grudzień 2009

ZAŁĄCZNIK. Sprawozdanie dotyczące przeglądu dyrektywy 2009/31/WE w sprawie geologicznego składowania dwutlenku węgla. towarzyszące dokumentowi

Wykorzystanie gazu ziemnego do produkcji energii elektrycznej. Grzegorz Rudnik, KrZZGi2211

Technologie wodorowe w gazownictwie Możliwości i Potencjał

Polityka energetyczna Polski do 2050 roku. Warszawa, sierpień 2014 r.

Ewa Zalewska Dyrektor Departament Geologii i Koncesji Geologicznych Ministerstwo rodowiska. Lublin

PRIORYTETY ENERGETYCZNE W PROGRAMIE OPERACYJNYM INFRASTRUKTURA I ŚRODOWISKO

Komitet Górnictwa Polskiej Akademii Nauk Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie 11 czerwca 2012 r. otwarta debata pt.:

Polityka energetyczna Polski do 2030 roku

Transkrypt:

Możliwości składowania CO 2 w strukturach geologicznych prof. dr hab. inż. Józef Dubiński* dr inż. Aleksandra Koteras* *Główny Instytut Górnictwa, Katowice 1. Wstęp Wzrost efektywności wytwarzania energii elektrycznej jak również obniżenie energochłonności w sferze gospodarczej, oszczędność energii, czy też wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, są obecnie wiodącymi sposobami ograniczenia globalnej emisji gazów cieplarnianych, a w tym przede wszystkim emisji CO 2. Nie ulega wątpliwości, że efekty tych działań będą jednak widoczne dopiero w perspektywie długoterminowej. Stąd też podejmowane są działania mające na celu osiągnięcie redukcji emisji CO 2 w krótszym horyzoncie czasowym, niezbędne szczególnie w okresie przejściowym, poprzedzającym powszechne uzyskanie efektów wspomnianych działań długoterminowych. W tym zakresie za wiodącą uważana jest technologia wychwytu i składowania dwutlenku węgla (ang.: carbon capture and storage, w skrócie CCS) w głębokich strukturach geologicznych. Technologia ta nie pozwala na bezpośrednie obniżenie antropogenicznej emisji CO 2, uważana jest jednak za najbardziej obiecującą i dostępną w krótkim czasie technologię, która pozwalałaby na zmniejszenie ilości emitowanego do atmosfery CO 2, a tym samym na łagodzenie skutków antropogenicznej emisji CO 2. Dane przedstawione w Raporcie Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (ang.: Intergovernmental Panel on Climate Change, w skrócie IPCC) pt. Energy Technology Perspectives wskazują technologię CCS jako jedną z kluczowych w obszarze aktywnego obniżanie emisji CO 2. Z przestawionych w raporcie analiz wynika, iż technologia CCS może się przyczynić do ok. 20% redukcji emisji CO 2 przewidzianej do roku 2050 [6]. Tym niemniej dotychczasowe próby pilotowego zastosowania tej technologii, które są prowadzone w różnych regionach świata, pomimo upływu czasu, nie wskazują na jednoznacznie znaczące sukcesy, które potwierdzałyby wielki optymizm w zakresie przemysłowego wdrożenia tej technologii. Są oczywiście szczególne przypadki jej stosowania (np. w technologiach EOR i EGR). Niestety jej zastosowania napotyka na szereg barier, nie tylko technologicznych i ekonomicznych, ale także społecznych. 2. Charakterystyka technologii wychwytywania i geologicznego składowania dwutlenku węgla (CCS) Wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla w strukturach geologicznych, jak wcześniej wspomniano, ma być jedynie technologią przejściową, stosowaną do chwili opracowania technologii pozwalających na produkcję energii z paliw kopalnych

z jednoczesną redukcją lub eliminacją emisji CO 2 lub stosowania wyłącznie technologii pozwalających na pozyskiwanie energii z innych nośników energii niż paliwa kopalne. Kluczowymi elementami technologii CCS są: separacja dwutlenku węgla od innych gazów spalinowych w procesach spalania paliw kopalnych oraz jego ujęcie (wychwyt), transport CO 2 do miejsca jego składowania, i zatłoczenie do wybranej struktury geologicznej. Należy podkreślić, że technologie wychwytu CO 2 są tym elementem technologii CCS, które jest najlepiej rozwinięte pod względem technologicznym. Wśród technologii wychwytu i usuwania CO 2, w zależności od umiejscowienia technologii w procesie spalania, wyróżnia się następujące rodziny procesów [2]: wyłapywanie i usuwanie CO 2 z gazów spalinowych (post-combustion), separacja CO 2 z paliwa gazowego lub gazu syntezowego przed procesem spalania (pre-combustion), spalanie paliw w atmosferze tlenu z recyrkulacją CO 2, separacja węgla z paliwa przed procesem spalania np. proces Hydrocarb, wyłapywanie i usuwanie CO 2 w procesach wykorzystujących ogniwa paliwowe, chemical looping. Wśród tych wielu możliwych metod separacji CO 2 do najczęściej stosowanych należą technologie z grupy post-combustion, takie jak absorpcja chemiczna i fizyczna, adsorpcja, separacja kriogeniczna czy też membranowa [2]. Proces separacji CO 2 jest jednym z najbardziej kosztownych elementów technologii CCS. Potrzeba zainstalowania dodatkowych urządzeń oraz konieczność poboru energii niezbędnej dla ich pracy zwiększają jednostkowe nakłady inwestycyjne na produkcję energii elektrycznej, a co za tym idzie zwiększają koszty uzyskiwanej energii. Należy jednak zauważyć, że w przypadku nowoczesnej elektrowni o wysokiej sprawności, stosującej paliwa kopalne, będą wytwarzane mniejsze ilości CO 2, co będzie prowadzić do mniejszych strat sprawności związanych z wychwytem CO 2 oraz niższych kosztów tej operacji (Lewiatan 2010). Wychwycony dwutlenek węgla musi być dostarczony do miejsca jego składowania. Stąd odległość pomiędzy źródłem jego wytwarzania (np. elektrownia) a miejscem składowania nie powinna być zbyt duża (nie większa niż kilkadziesiąt kilometrów). Z uwagi na znaczące ilości CO 2 w przypadku przemysłowego stosowania technologii CCS, podstawowym jest transport z użyciem rurociągów. Do potencjalnych struktur geologicznych w zakresie składowania CO 2 należą : sczerpane złoża węglowodorów (ropa naftowa i gaz ziemny), pokłady węgla, które nie będą w przyszłości eksploatowane, warstwy piaskowcowe o dużej porowatości i zwiększonym zasoleniu. Dotychczasowe projekty składowania CO 2 w formacjach geologicznych jednoznacznie wskazują, że najbardziej efektywne i bezpieczne jest składowania CO 2 w sczerpanych

złożach ropy naftowej i gazu. Struktury te stanowią bowiem naturalną pułapkę dla zatłaczanego do nich CO 2. Doświadczenia z USA pokazują, że w wielu przypadkach technologia CCS osiąga cechy użyteczne, gdyż zatłaczany CO 2 stymuluje i wzmacnia produkcję złóż ropy (technologia EOR) czy też gazu (EGR). Mówi się wówczas o technologii CCU (carbon capture and utilisation). Niestety w polskich uwarunkowaniach pojemność sczerpanych złóż ropy naftowej i gazu ziemnego jest niezbyt duża [3]. W przypadku pokładów węgla, które nie będą eksploatowane, potencjał składowania w nich CO 2 zależy przede wszystkim od ich przepuszczalności. Zazwyczaj takimi pokładami mogą być pokłady zalegające głęboko, a w takiej sytuacji ich przepuszczalność jest niska. Polskie doświadczenia w tym zakresie, uzyskane w projekcie RECOPOL, jednoznacznie wskazują, że ta formacja geologiczna nie będzie perspektywiczną dla przemysłowego składowania CO 2. Wprawdzie zastosowanie technologii upodabniających strukturę pokładów węgla (szczelinowanie, wiercenia poziomie wraz ze szczelinowaniem, itp.) mogą poprawić sytuację w tym zakresie, ale będzie to równocześnie zwiększać koszty procesu składowania CO 2. W wymiarze światowym, a najprawdopodobniej także w przypadku Polski, największy potencjał dla przemysłowego składowania CO 2 posiadają zawodnione formacje piaskowcowe o wysokiej porowatości i przepuszczalności, zawierające wody o podwyższonym zasoleniu. Tym niemniej struktury, w których te formacje występują muszą spełniać określone kryteria. 3. Kryteria przydatność formacji geologicznych dla składowania CO 2 Struktury przeznaczone do geologicznego składowania CO 2 muszą spełniać szereg kryteriów decydujących o ich przydatności do tego celu. W przypadku głębokich poziomów wodonośnych powinny to być formacje solankowe. Zgodnie ze stosowaną w Polsce hydrogeologiczną klasyfikacją wód mineralnych, wody solankowe są to wody o mineralizacji przekraczającej 35g/dm 3 (wg Pazdy i Kozerskiego (1990), wg Witczaka i Adamczyka (1994)), których głównymi składnikami rozpuszczonymi są jony: chlorkowy Cl, sodowy Na + i wapniowy Ca 2+. Ponadto, niektórzy autorzy wyróżniają grupę silnych solanek o mineralizacji powyżej 150 g/dm 3 (Słownik hydrogeologiczny 2002). Podstawowe kryteria wyboru struktury geologicznej przeznaczonej do składowania CO 2 przedstawione zostały w poniższej tabeli 1 [7; 4]. Tabela. 1. Kluczowe kryteria geologiczne dla właściwego wyboru miejsca składowania. Wskaźniki pozytywne Wskaźniki negatywne POJEMNOŚĆ SKŁADOWANIA Całkowita pojemność składowania Całkowita pojemność zbiornika powinna być większa niż całkowita przewidywana produkcja CO 2 przez emitenta przewidziana do składowania Całkowita pojemność zbiornika jest taka sama lub niższa niż całkowita przewidywana produkcja CO 2 przez emitenta przewidziana do składowania

WŁAŚCIWOŚCI ZBIORNIKA Głębokość > 1000 m; < 2500 m < 800 m; > 2500 m Miąższość > 50 m < 20 m Porowatość >20% <10% Przepuszczalność > 300 md 100 10 md Zasolenie >100g/dm 3 <30g/dm 3 WŁŚCIWOŚCI WARSTW IZOLUJĄCYCH Uskoki Brak Strefy uskokowe, Miąższość nadkładu >100m <20m 4. Uwarunkowania fizyczne dla składowania CO 2 w strukturach geologicznych Niezależnie od wybranej do składowania struktury geologicznej, proces składowania CO 2 polega na wtłaczaniu sprężonego gazu do wybranej formacji geologicznej. Kluczowym elementem technologii jest wykorzystanie określonych własności fizycznych dwutlenku węgla, które zmieniają się w zależności od ciśnienia i temperatury. Punkt krytyczny przejścia do fazy nadkrytycznej osiągany jest przy temperaturze 31,1 C i ciśnieniu 73,9 bar. Powyżej tego punktu dwutlenek węgla ma gęstość cieczy, zaś jego lepkość i ściśliwość są charakterystyczne jak dla gazu, co jest bardzo ważnym czynnikiem w aspekcie jego geologicznego składowania [7]. Przyjmuje się, że głębokością krytyczną, czyli taką, poniżej której dwutlenek węgla przechodzi przez punkt krytyczny do fazy nadkrytycznej, jest głębokość ok. 800m. Tak więc, głębokość ta wyznacza minimalną głębokością zalegania stropu warstw przeznaczonych do geologicznego składowania dwutlenku węgla (rys. 1). Rys.1. Obszary termodynamiczne dla dwutlenku węgla. (na podstawie: [7; 11] Fig.1 Thermodynamic Properties of Carbon Dioxide. (based on [7; 11] Wyróżnia się cztery podstawowe mechanizmy, które zapewniają izolację CO 2 w głębokich formacjach geologicznych [1]:

izolacja strukturalna, czyli obecność nieprzepuszczalnego nadkładu skalnego, który uniemożliwia ucieczkę CO 2, izolacja resztkowego CO 2, polegająca na izolowaniu CO 2 przez siły kapilarne w szczelinach formacji skalnej, izolacja roztworowa, polegająca na tym, że CO 2 rozpuszcza się w wodzie znajdującej się w formacji geologicznej i opada na dno, izolacja mineralna, polegająca na tym, że rozpuszczone CO 2 chemicznie reaguje z formacją skalną co powoduje tworzenie nowych związków mineralnych. Mechanizm geologicznego składowania CO 2 jest procesem kilkufazowym. W początkowej fazie jest to izolacja strukturalna, która polega na uwięzieniu gazu strukturze geologicznej wyróżniającej się szczelnością nadkładu, a tym samym uniemożliwiającej ucieczkę CO 2. Poddany izolacji strukturalnej dwutlenek węgla podlega działaniu sił kapilarnych, w wyniku których zostaje uwięziony w szczelinach formacji skalnej. Proces ten, nazywany izolacją resztkowego CO 2, rozwija się przez ok. 10 lat po zatłoczeniu CO 2. W kolejnym etapie, przez okres ok. 100 lat od rozpoczęcia magazynowania, dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie, w skutek czego opada na dno, co spowodowane jest większym ciężarem dwutlenku węgla od zwykłej wody. W okresie od setek do tysięcy lat od momentu zatłoczenia CO 2 do formacji solankowej zaczyna on wchodzić w reakcje chemiczne z otaczającymi skałami, co w rezultacie prowadzi do powstawania nowych związków mineralnych. Proces ten nazywany jest izolacja mineralną. 5. Możliwości wykorzystania technologii CCS w skali globalnej Wybór i charakterystyka potencjalnego miejsca składowania CO 2 jest jednym z najważniejszych kwestii w celu zapewnienia bezpieczeństwa i integralności wybranej do składowania struktury geologicznej, a tym samy bezpieczeństwa podziemnego składowania CO 2 w okresie długoterminowym. Od wielu już lat szereg krajów na świecie podejmuje badania mające na celu identyfikację i weryfikację formacji geologicznych jako potencjalnych miejsc dla podziemnego składowania CO 2. Zgodnie z opublikowanymi przez Globalny Instytut CCS (Global CCS Institute, GCCSI) danymi, na całym świecie przeprowadzone zostały bądź w dalszym ciągu prowadzone są badania mające na celu określenie potencjału (pojemności) formacji geologicznych możliwych do wykorzystania w celu składowania CO 2 (rys.2). Jednak należy zauważyć, że w dalszym ciągu nie została wypracowana jednolita i spójna metodologia dla szacowania pojemności struktur geologicznych w tym zakresie [5].

Rys. 2. Mapa regionów, w których podejmowane są inicjatywy oceny pojemności składowisk dla CO 2 [5]. Fig.2. Map of regions having storage capacity assessment initiatives [5]. Na świecie realizowane są również projekty obejmujące pełny łańcuch CCS, czyli wychwyt, transport i składowanie. Zgodnie z danymi z przytoczonego już wcześniej raportu GCCSI, w skali globalnej na koniec stycznia 2013 realizowanych było 72 zintegrowanych projektów dużej skali (ang.: large scale integrated CCS projects, LSIPs), czyli o 3 mniej niż z 75 opisanych w raporcie wg stanu na październik 2012 (rys.3). LSIPs to projekty obejmujące wszystkie fazy technologii CCS, tj. wychwytywania, transportu i składowania dwutlenku węgla w skali [5]: co najmniej 800.000 ton CO 2 rocznie dla elektrowni opartej na węglu, lub co najmniej 400.000 ton CO 2 rocznie dla innych dużych emitentów przemysłowych (w tym wytwórcy energii elektrycznej na bazie gazu ziemnego). Progi te korespondują z ilością emitowanego CO 2 przez typową elektrownię węglową bądź też innych emitentów przemysłowych. Rys. 3. Przegląd projektów typu LSIPs wg cyklu życia [5] Fig. 3. Comparison overview of LSIPs by asset lifecycle stage. [5]

Z przedstawionych powyżej danych wynika, że obecnie na świecie działa lub jest w trakcie budowy 17 projektów, których potencjał wychwytu CO 2 wynosi ponad 37 mln Mg CO 2 rocznie (rys. 4) [5]. Rys. 4. Możliwości wychwytu CO 2 we wszystkich projektach LSIPs od roku 2010 [5]. Fig. 4. CO 2 capture capacity of all identified LSIPs since 2010 [5]. 6. Uwarunkowania dla składowania CO 2 w formacjach geologicznych na terenie Polski. Problematyka wykorzystania technologii CCS w Polsce do tej pory rozpatrywana była jedynie w skali badawczej i realizowana w ramach projektów naukowo badawczych i pilotażowych. Źródłem ich finansowania były głównie unijne programy ramowe oraz budżetowe środki krajowe MNiSW, NCBiR i NFOŚiGW. Wśród projektów tych należy wymienić wspomniany już projekt RECOPOL - Redukcja emisji CO 2 przy pomocy magazynowania CO 2 w pokładach węgla. Projekt ten realizowany był w latach 2001 2005 ze środków V Programu Ramowego Unii Europejskiej, składał się z dwóch części: badań naukowych i pokazowego eksperymentu polowego. Głównym celem projektu były badania nad możliwością bezpiecznego stosowania metody składowania CO 2 w pozabilansowych pokładach węgla. Do innych znaczących projektów należą projekt MOVECBM Monitoring i weryfikacja składowania CO 2 wraz z pozyskiwaniem metanu z pokładów węgla w Polsce, projekt CO 2 REMOVE - Geologiczne magazynowanie CO2; monitoring i weryfikacja technologii, czy też projekt CASTOR - Od wychwytywania do składowania CO 2 ", którego głównym celem był rozwój i legislacja innowacyjnych technologii wychwytywania i składowania CO 2. Niezwykle istotne dla technologii CCS rozpoznanie struktur geologicznych dla podziemnego składowania dwutlenku węgla na terenie Polski realizowane było i jest nadal w ramach wielu projektów, badań i analiz. Wśród nich wymienić należy jako najważniejszy

Krajowy Program Rozpoznanie formacji i struktur do bezpiecznego geologicznego składowania CO 2 wraz z ich programem monitorowania". W ramach projektu na terenie całego kraju wytypowane zostały struktury geologiczne do składowania CO 2. Prace dotyczyły całego obszaru Polski wraz ze strefą Bałtyku i obejmowały właściwie dziesięć podprojektów w ramach badań regionalnych i pięć w ramach badań szczegółowych [8]. Do analizy wybrano osiem rejonów kraju, gdzie rozpoznanie dotyczyło wodonośnych poziomów solankowych jak również przeanalizowano opcje składowania CO 2 w odniesieniu do sczerpanych złóż ropy i gazu oraz do pokładów węgla. Oszacowana w ramach prac powyższej pracy pojemność tych struktur dla geologicznego składowania CO 2 wyniosła 10-15 mld ton CO 2, z czego (PIG): 90-93% to struktury solankowe, 7-10% złoża węglowodorów, <<1% pokłady węgla, Ponad 90% tych struktur położonych jest na lądzie. Rys. 5. Wybrane struktury/obiekty potencjalne składowiska analizowane w ramach Segmentu II (Budziszewice-Zaosie, Skoczów-Czechowice, Grodzisk-Ujazd-Bukowiec, Choszczno-Suliszewo, Nosówka, Wilków, Warszowice-Pawłowice i Łąkta), na tle emitentów, obszarów chronionych, gazociągów i pozostałych struktur analizowanych w ramach Segmentu I [8]

Analiza przydatności solankowych poziomów wodonośnych była także analizowana szczegółowo w ramach programu Inicjatywa technologiczna I, gdzie zostało wykonane Studium bezpiecznego składowania CO 2 na przykładzie aglomeracji śląskiej". W ramach tego projektu wybrano i scharakteryzowano wybraną strukturę geologiczną oraz określono założenia transportu i składowania CO 2 dla określonego emitenta przemysłowego (GIG, 2012). Istotnym elementem warunkującym przemysłowe stosowanie technologii CCS jest stosowne prawodawstwo w tym zakresie. Należy zaznaczyć, że polskie ustawodawstwo jest w trakcie implementacji przepisów Unii Europejskiej w sprawie geologicznego składowania CO 2. Dotyczy to konieczności implementacji do polskiego porządku prawnego dyrektywy 2009/31/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie geologicznego składowania dwutlenku węgla oraz pozostałych dyrektyw i rozporządzeń zmieniających dyrektywę Rady dot. oceny skutków wywieranych przez niektóre przedsięwzięcia publiczne i prywatne na środowisko naturalne (85/337/EWG). Celem jest więc ustanowienie ram prawnych prowadzenia działalności w zakresie bezpiecznego podziemnego składowania dwutlenku węgla w celu realizacji projektów demonstracyjnych. Rządowy projekt ustawy o zmianie ustawy - Prawo geologiczne i górnicze oraz niektórych innych ustaw, przewiduje, że technologia CCS będzie na razie stosowana jedynie w przedsięwzięciach demonstracyjnych, które spełniają kryteria określone w decyzji Komisji nr 2010/670/UE z 3 listopada 2010 r. Zgodnie z tym projektem podziemne składowanie dwutlenku węgla, a także poszukiwanie lub rozpoznawanie struktur geologicznych dla podziemnego składowania dwutlenku węgla będzie wymagało uzyskania pozwolenia (koncesji) udzielanej przez Ministra Środowiska. Koncesja będzie udzielana wyłącznie na potrzeby realizacji projektu demonstracyjnego. Koncesja na podziemne składowanie dwutlenku węgla będzie obejmować działalność związaną z eksploatacją podziemnego składowiska, a także okres po jego zamknięciu, to jest po zakończeniu zatłaczania dwutlenku węgla, związany z likwidacją instalacji oraz monitoringiem kompleksu podziemnego składowiska przez okres nie krótszy niż 20 lat od jego zamknięcia (sejm.gov.pl). 7. Wnioski 1. Polska gospodarka oraz energetyka bazują na paliwach kopalnych, z których dominującymi są węgiel kamienny i brunatny (blisko 90%) i dlatego unijna polityka energetyczno-klimatyczna zmierzająca do zdecydowanego ograniczenia antropogenicznej emisji CO 2 stanowi istotne zagrożenie dla konkurencyjności polskiego sektora wytwarzania energii elektrycznej, także dla istnienia polskich kopalń węgla. 2. Składowanie CO 2, będąc finalnym etapem technologii CCS uważanej za najbardziej perspektywiczną w zakresie ograniczenia emisji CO 2 poprzez magazynowanie jego ogromnych ilości w podziemnych strukturach geologicznych, jest kluczowym elementem tej technologii z uwagi na bezpieczeństwo i trwałość tego procesu. 3. Należy mieć świadomość, że technologia CCS zwiększa koszty wytwarzania energii elektrycznej i obniża sprawność procesu wytwarzania, a tym samym wpływa na

konkurencyjność tego ważnego sektora gospodarki; ponadto pośrednio stanowi pewne zagrożenie dla stosowania paliw kopalnych, szczególnie węgla. 4. Zastosowanie technologii CCS wymaga bardzo dobrego rozpoznania budowy geologicznej struktury wytypowanej jako miejsce składowania CO 2, która będzie spełniać kryteria wymagane w tym zakresie, a każda lokalizacja składowiska wymaga przeprowadzenia rzetelnej oceny ryzyka związanego ze składowaniem CO 2. 5. Polski potencjał składowania CO 2 został oszacowany na poziomie 10 15 mld ton CO 2, z czego około 90% stanowią warstwy piaskowców zawierające wody zasolone; znacznie mniejszy jest potencjał składowania związany z sczerpanymi złożami ropy naftowej i gazu ziemnego, czy też pokładami węgla, w których nie przewiduje się eksploatacji. 6. Dla potwierdzenia przemysłowej przydatności technologii CCS połączonej z geologicznym składowaniem wychwyconego CO 2 niezbędna jest realizacja wielu projektów, które prowadzone są w różnych krajach na świecie. 7. W Polsce zostało zrealizowanych szereg różnych projektów związanych z geologicznym składowaniem CO 2, mających charakter projektów demonstracyjnych bądź studialnych. Brak jest jednak projektów o większej skali, które pozwoliłyby lepiej poznać praktyczne aspekty stosowania samej technologii oraz dokonać analizy jej rzeczywistych możliwości w zakresie bezpiecznego i trwałego składowania CO 2. Literatura [1] Chadwick A.; Arts R.; Bernstone Ch.; May F.; Thibeau S.; Zweigel P., 2008: Best practice for the storage of CO 2 in saline aquifers - observations and guidelines from the SACS and CO2STORE projects. Nottingham, UK, British Geological Survey, 267pp. (British Geological Survey Occasional Publication, 14). [2] Chmielniak T., Łukowicz H., 2012: Wysoko sprawne zero-emisyjne bloki węglowe zintegrowane z wychwytem CO 2 ze spalin POLITYKA ENERGETYCZNA, Tom 15, Zeszyt 3, str. 91 106. [3] Dubiński J., 2009. Geological and geophysical aspects of the underground CO 2 storage. The 6th International Conference on Mining Science & Technology, Xuzhou, China. [4] Dubiński J., Solik Heliasz E., 2007. Uwarunkowania geologiczne dla składowania dwutlenku węgla. [w]:uwarunkowania wdrożenia zeroemisyjnych technologii węglowych w energetyce. Praca zbiorowa pod red. M. Ściążko. Wyd. IChPW, Zabrze [5] Global CCS Institute, 2012: The Global Status of CCS: 2012, Canberra, Australia. [6] IPCC, 2008: Report Energy Technology Perspectives. Scenarios & Strategies to 2050, ODCE. [7] IPCC, 2005: Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage. CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS. [8] Państwowy Instytut Geologiczny, 2012: Rozpoznanie formacji i struktur do bezpiecznego geologicznego składowania CO 2 wraz z ich programem monitorowania - raport końcowy. dostępne w internecie: https://skladowanie.pgi.gov.pl/ [9] Pazdro Z., Kozerski B., 1990: Hydrogeologia ogólna. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa.

[10] Polska Konfederacja Pracodawców Prywatnych Lewiatan, 2010: Technologia wychwytywania i geologicznego składowania dwutlenku węgla (CCS) sposobem na złagodzenie zmian klimatu, Raport na zlecenie Polskiej Konfederacji Pracodawców Prywatnych Lewiatan przy wsparciu funduszu brytyjskiego Ministerstwa Spraw Zagranicznych, Warszawa. [11] Rybicki Czesław, Łaciak Mariusz, 2008: Transport rurociągowy CO 2 Rurociągi Nr 4/54/2008. [12] Słownik hydrogeologiczny, 2002: Praca zbiorowa, red. J. Dowgiałło i inni. PIG, Warszawa. [13] Studium bezpiecznego składowania dwutlenku węgla na przykładzie Aglomeracji śląskiej, 2010. Praca zbiorowa pod redakcją J. Wachowicza, wyd. Główny Instytut Górnictwa, Katowice. [14] Witczak S., Adamczyk A.F. (1994): Katalog wybranych fizycznych i chemicznych wskaźników zanieczyszczeń wód podziemnych i metod ich oznaczania. Tom I, II. Biblioteka Monitoringu Środowiska PIOŚ, Warszawa.