Γεωλογική αποθήκευση διοξειδίου του άνθρακα

Η γεωλογική αποθήκευση του διοξειδίου του άνθρακα είναι ένα βασικό τμήμα της τεχνολογίας της δέσμευσης και αποθήκευσης του άνθρακα (Carbon Capture and Storage, CCS).

Οι δύο κύριες επιλογές που θεωρούνται πιο κατάλληλες για μεγάλης κλίμακας αποθήκευση του διοξειδίου του άνθρακα είναι:
 τα εξαντλημένα πεδία φυσικού αερίου και πετρελαίου για τα οποία υπάρχει πλήθος πληροφοριών και μεγάλος όγκος γνώσης εξαιτίας της εκμετάλλευσής τους για την εξόρυξη υδρογονανθράκων.
 οι μεγάλου βάθους αλμυροί υδροφορείς, που περιέχουν νερό, το οποίο είναι ακατάλληλο για πόση και μάλιστα είναι ακόμη αλμυρότερο και από το θαλασσινό νερό.

Άλλες επιλογές, όπως τα στρώματα γαιάνθρακα και τα βασαλτικά πετρώματα, που ακόμη υπόκεινται σε έρευνα, μπορούν να παράσχουν περαιτέρω δυνατότητες αποθήκευσης στο μέλλον.

Το διοξειδίου του άνθρακα εγχύεται μέσω γεωτρήσεων σε υποκείμενα βαθιά φιλοξενούντα πετρώματα, με πόρους μεταξύ των κόκκων ή διαρρήξεις, αντικαθιστώντας και συμπιέζοντας έτσι το ρευστό που ήδη υπάρχει σ’ αυτούς τους πόρους: φυσικό αέριο, νερό ή πετρέλαιο. Φιλοξενούντα πετρώματα που έχουν καλό πορώδες και διαπερατότητα αποτελούν κατάλληλους σχηματισμούς αποθήκευσης. Αυτά συνήθως συναντώνται σε ιζηματογενείς λεκάνες και προέρχονται από την απόθεση ιζημάτων στο γεωλογικό παρελθόν. Τα λεπτόκοκκα αδιαπέρατα ιζήματα μέσα σ΄ αυτές τις ίδιες λεκάνες σχηματίζουν εμπόδια (φράγματα) μεταξύ των περατών σχηματισμών αποθήκευσης. Οι φυσικοί ταμιευτήρες πετρελαίου, φυσικού αερίου ακόμη και καθαρού διοξειδίου του άνθρακα αποδεικνύουν την ικανότητά τους να συγκρατούν ρευστά για εκατομμύρια χρόνια.

Οι υπόγειοι σχηματισμοί, ταμιευτήρες και πετρώματα - καλύμματα σχηματίζουν σύνθετες δομές, οι οποίες είναι ετερογενείς, ανομοιογενώς κατανεμημένες και ρηγματωμένες. Απαιτούνται, συνεπώς, η σε βάθος γνώση της θέσης και η γεωεπιστημονική εμπειρία για να εκτιμηθεί η καταλληλότητα των προτεινόμενων υπόγειων δομών για μακροχρόνια αποθήκευση του διοξειδίου του άνθρακα. Οι δυνητικοί ταμιευτήρες αποθήκευσης διοξειδίου του άνθρακα πρέπει να εκπληρώνουν πολλά κριτήρια, εκ των οποίων τα ουσιώδη είναι:
 επαρκές πορώδες, επαρκής διαπερατότητα και επαρκής αποθηκευτική ικανότητα 
 παρουσία υπερκείμενου αδιαπέρατου πετρώματος καλύμματος - π.χ. μη συμπαγής άργιλος, αργιλόλιθος, μάργα ή άλας - το οποίο αποτρέπει τη μετανάστευση του διοξειδίου προς τα πάνω 
 παρουσία «δομών παγίδευσης» - όπως θολωτά πετρώματα καλύμματα - για να ελέγχεται η έκταση και το μέγεθος της μετανάστευσης του διοξειδίου μέσα στο σχηματισμό αποθήκευσης 
 βάθος μεγαλύτερο των 800 μέτρων, όπου η πίεση και η θερμοκρασία είναι αρκετά υψηλές ώστε να επιτρέπεται η αποθήκευση του πυκνού συμπιεσμένου διοξειδίου μεγιστοποιώντας έτσι την ποσότητα που αποθηκεύεται 
 απουσία πόσιμου νερού στον ταμιευτήρα αποθήκευσης.

 Εθνικά παραδείγματα δυνατότητας αποθήκευσης 

Ένα παράδειγμα περιοχής που εκπληρώνει τα παραπάνω κριτήρια είναι η Νότια Πέρμια Λεκάνη, που εκτείνεται από την Αγγλία έως την Πολωνία. Άμμοι έχουν αποτεθεί σε διάφορες χρονικές περιόδους κατά το γεωλογικό παρελθόν. Τα ιζήματα έχουν επηρεαστεί από τις διαδικασίες σχηματισμού των πετρωμάτων με αποτέλεσμα κάποια από τα κενά των πόρων να παραμένουν γεμάτα με αλμυρό νερό ή φυσικό αέριο. Οι άργιλοι που παρεμβάλλονται έχουν συμπαγοποιηθεί σε αδιαπέρατα στρώματα εμποδίζοντας την άνοδο του ρευστού. Μεγάλο μέρος των ψαμμιτικών σχηματισμών βρίσκεται σε βάθη μεταξύ 1 και 4 km, όπου η πίεση είναι αρκετά υψηλή ώστε να αποθηκευτεί το διοξείδιο του άνθρακα σαν μια πυκνή φάση. Η περιεκτικότητα των νερών των σχηματισμών σε άλατα αυξάνει σ’ αυτό το διάστημα βάθους από 100 g/l μέχρι 400 g/l, δηλ. πρόκειται για νερά κορεσμένο σε άλατα, πολύ πιο αλμυρά από το θαλασσινό νερό. Εκατοντάδες δομές έχουν σχηματισθεί σ’ αυτή τη λεκάνη από τις μετακινήσεις άλατος προς τα πάνω, που προκάλεσαν αναθόλωση των σχηματισμών και δημιούργησαν παγίδες για φυσικό αέριο. Αυτές οι παγίδες αποτελούν το στόχο για την έρευνα των θέσεων αποθήκευσης διοξειδίου και των πιλοτικών έργων.

 Αποθηκευτική ικανότητα 

Οι εκτιμήσεις της αποθηκευτικής ικανότητας είναι συνήθως πολύ προσεγγιστικές και βασίζονται στη χωρική έκταση των δυνητικά κατάλληλων σχηματισμών. Η αποθηκευτική ικανότητα μπορεί να εκτιμηθεί σε διάφορες κλίμακες, πηγαίνοντας από την εθνική κλίμακα για γενικές εκτιμήσεις σε κλίμακες ταμιευτήρα και λεκάνης για όλο και πιο ακριβείς υπολογισμούς, λαμβάνοντας υπόψη την ετερογένεια της συγκεκριμένης θέσης και την πολυπλοκότητα των πραγματικών γεωλογικών δομών.

Συνήθως διακρίνονται διάφορα επίπεδα αποθηκευτικής ικανότητας, όπως: 
 Ογκομετρική Ικανότητα: Εκτίμηση του διαθέσιμου όγκου των πόρων στα πετρώματα αποθήκευσης, η οποία βασίζεται στην κατανομή, το πάχος και τις ιδιότητες των δυνητικά κατάλληλων σχηματισμών αποθήκευσης.
 Γεωτεχνική Ικανότητα: Συνήθως εκτιμήσεις συγκεκριμένης θέσης, λαμβάνοντας υπόψη περαιτέρω πληροφορίες για τις ιδιότητες του ταμιευτήρα και του πετρώματος καλύμματος, όπως εγχυτότητα, ρευστά του σχηματισμού και πιθανές στρατηγικές έγχυσης. Αυτές οι εκτιμήσεις απαιτούν λεπτομερείς πληροφορίες από τη συγκεκριμένη θέση για αριθμητικές προσομοιώσεις της έγχυσης διοξειδίου του άνθρακα και μετανάστευσης μέσα σε δεδομένες υπόγειες δομές. 
 Βιώσιμη Ικανότητα: Τελικά, κοινωνικο-οικονομικοί παράγοντες αποφασίζουν εάν μια θέση που είναι κατάλληλη θα χρησιμοποιηθεί στην πραγματικότητα για αποθήκευση διοξειδίου του άνθρακα. Αυτοί οι παράγοντες περιλαμβάνουν τη διαθεσιμότητα κατάλληλων πηγών διοξειδίου, το κόστος αποθήκευσης, την ευθύνη, τα νομικά πλαίσια και τη δημόσια αποδοχή. Αυτές οι μη γεωτεχνικές επιδράσεις στην αποθηκευτική ικανότητα είναι δύσκολο να προβλεφθούν και να αντιμετωπισθούν.
Συμπερασματικά, μπορούμε να πούμε ότι η ογκομετρική ικανότητα για την αποθήκευση του διοξειδίου του άνθρακα στην Ευρώπη είναι υψηλή, αλλά το ίδιο υψηλές είναι και οι αβεβαιότητες, ειδικά για βαθιούς αλμυρούς υδροφορείς. Οι υδροφορείς θα μπορούσαν να προσφέρουν αποθηκευτική ικανότητα για μεγάλες εγκαταστάσεις επί αρκετές δεκαετίες. Η επικαιροποίηση και η περαιτέρω χαρτογράφηση των αποθηκευτικών ικανοτήτων στην Ευρώπη είναι ένα θέμα συνεχιζόμενης έρευνας, σε μεμονωμένα κράτη - μέλη, και μέσω του Έργου EU CO2STOP για την Ευρώπη γενικότερα.
Στην Ελλάδα, το Ε.Κ.Β.Α.Α.-Ι.Γ.Μ.Ε.Μ. (πρ. Ι.Γ.Μ.Ε.) έχει συμμετάσχει σε πολλά Ευρωπαϊκά Έργα γεωλογικής αποθήκευσης διοξειδίου, μεταξύ των οποίων και το Έργο CGS Europe.

 Νομικό πλαίσιο 

Με την υπ. αριθ. 48416/2037/2011 Κοινή Υπουργική Απόφαση με την οποία ενσωματώθηκε στο εθνικό δίκαιο η ευρωπαϊκή οδηγία 2009/31/ΕΚ, καθορίζονται για πρώτη φορά στο ελληνικό θεσμικό πλαίσιο οι προϋποθέσεις τόσο ως προς τις α) άδειες εξερεύνησης με σκοπό την επιλογή τόπων αποθήκευσης διοξειδίου του άνθρακα όσο και ως προς τις β) άδειες αποθήκευσης διοξειδίου του άνθρακα. 

 Εφαρμογές 

 Πιλοτική μονάδα δέσμευσης CO₂ στη Schwarze Pumpe (2008–2014) 
Η πιλοτική μονάδα δέσμευσης διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) στη Schwarze Pumpe, κοντά στην πόλη Spremberg της Γερμανίας, κατασκευάστηκε και λειτούργησε από τη Vattenfall Europe την περίοδο 2008–2014, με στόχο την πειραματική εφαρμογή της τεχνολογίας CCS μέσω της μεθόδου Oxyfuel.Kraftwerk Schwarze Pumpe – Wikipedia (DE)

Η μονάδα είχε θερμική ισχύ 30 MW και δεν παρήγαγε ηλεκτρική ενέργεια, αλλά παρείχε έως 40 τόνους ατμού την ώρα σε παρακείμενη βιομηχανική εγκατάσταση. Κατά τη διάρκεια των 19.200 ωρών λειτουργίας της, απέσπασε συνολικά 10.650 τόνους CO₂, με καθαρότητα 99,7%.

Παρά τη σημαντική επένδυση (περίπου 80 εκατομμύρια ευρώ) και την πολιτική στήριξη (συμμετοχή της Άνγκελα Μέρκελ στην τελετή εγκαινίων), η εγκατάσταση δεν προχώρησε σε εμπορική εφαρμογή. Το 2014, η Vattenfall ανακοίνωσε την οριστική παύση και αποσυναρμολόγηση της εγκατάστασης, επικαλούμενη την έλλειψη κατάλληλων πολιτικών πλαισίων στη Γερμανία.

Το έργο αντιμετώπισε και νομικές επιπλοκές: με απόφαση του Landgericht Berlin, απαγορεύτηκε στη Vattenfall να αποκαλεί την εγκατάσταση «πλήρως CO₂-free», καθώς δεν διασφάλιζε απόλυτη σύλληψη και ασφαλή τελική αποθήκευση του CO₂. Επιπλέον, περιβαλλοντικές οργανώσεις χαρακτήρισαν την εγκατάσταση ως «πράσινο άλλοθι» (greenwashing), υποστηρίζοντας ότι με τα ίδια χρήματα θα μπορούσαν να είχαν γίνει πιο αποτελεσματικές επενδύσεις σε καθαρές μορφές ενέργειας.

Οι γνώσεις που αποκτήθηκαν από τη μονάδα σχεδιαζόταν να εφαρμοστούν σε μελλοντικό έργο στην Jänschwalde, με προγραμματισμένη ισχύ 640 MW. Το έργο ακυρώθηκε το 2011, με αποτέλεσμα να σταματήσει κάθε σχέδιο εμπορικής εφαρμογής της τεχνολογίας στην περιοχή.

Η σουηδική κρατική εταιρεία ενέργειας Vattenfall ανακοίνωσε ότι τερματίζει την έρευνα και ανάπτυξη για την τεχνολογία δέσμευσης και αποθήκευσης CO₂ (CCS) σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας από άνθρακα. Παρά την επένδυση άνω της δεκαετίας, η τεχνολογία κρίθηκε οικονομικά ασύμφορη και ενεργειακά απαιτητική.https://www.thelocal.se/20140507/vattenfall-abandons-research-on-co2-storage

Ήδη από το 2011, η εταιρεία είχε εγκαταλείψει πιλοτικό έργο στο Jänschwalde, ενώ σήμερα δηλώνει ότι το CCS δεν αποτελεί πλέον στρατηγική προτεραιότητα. Αντίθετα, δίνει έμφαση σε ερευνητικά έργα που προσφέρουν άμεσα επιχειρηματικά οφέλη.

Η Vattenfall, με 11.300 MW εγκατεστημένη ισχύ σε 14 σταθμούς, ήταν από τους μεγαλύτερους παραγωγούς λιγνίτη στην Ευρώπη.https://www.thelocal.se/20140507/vattenfall-abandons-research-on-co2-storage

 Κριτική στην Τεχνολογία CCS 
Η τεχνολογία δέσμευσης και αποθήκευσης διοξειδίου του άνθρακα (Carbon Capture and Storage - CCS) έχει προταθεί ως εργαλείο μείωσης των εκπομπών θερμοκηπιακών αερίων από βαριά ρυπογόνες βιομηχανίες και μονάδες παραγωγής ενέργειας. Ωστόσο, σύμφωνα με το Κέντρο για το Διεθνές Περιβαλλοντικό Δίκαιο (Center for International Environmental Law - CIEL), η τεχνολογία αυτή δεν επιλύει τις βασικές αιτίες της κλιματικής κρίσης, ενώ συχνά αποτυγχάνει στην πράξη.

Η ιστορική εφαρμογή της CCS έχει δείξει επανειλημμένα αστοχίες στην επίτευξη στόχων μείωσης εκπομπών, υψηλό ενεργειακό κόστος (“energy penalty”), και περιορισμένη καθαρότητα του τελικού αποθηκευμένου CO₂. Επιπλέον, οι περισσότερες υπάρχουσες εφαρμογές της CCS συνδέονται με την αυξημένη παραγωγή πετρελαίου μέσω της μεθόδου “enhanced oil recovery” (EOR), πρακτική που αυξάνει τελικά τις συνολικές εκπομπές.

Η χρήση CCS σε "δύσκολες" βιομηχανίες (όπως τσιμέντο, χάλυβας και πλαστικά) επικαλείται συχνά για τη νομιμοποίηση δημοσίων επιδοτήσεων και επενδύσεων, παρότι μελέτες δείχνουν ότι οι περισσότερες εκπομπές στους τομείς αυτούς μπορούν να μειωθούν με άλλες λύσεις, όπως εξηλεκτρισμός, επαναχρησιμοποίηση υλικών και μείωση της ζήτησης.

Το IPCC αναγνωρίζει μεν τη θεωρητική συμβολή της CCS σε ορισμένα σενάρια, αλλά τονίζει ότι η εξάρτηση από την τεχνολογία αυτή είναι αβέβαιη και συνεπάγεται υψηλό ρίσκο, τόσο οικονομικά όσο και σε επίπεδο επιπτώσεων σε ανθρώπινα δικαιώματα και οικοσυστήματα.

Τέλος, οι αναγκαίες υποδομές για ευρεία εφαρμογή της CCS (αγωγοί CO₂, εγκαταστάσεις συμπίεσης, υπόγειες δεξαμενές) απαιτούν τεράστια δημόσια χρηματοδότηση και θέτουν σοβαρά ζητήματα κοινωνικής αποδοχής και ασφάλειας, ιδίως σε περιοχές που ήδη υφίστανται περιβαλλοντικά βάρη.

 Δείτε επίσης 

 CCS
 Κλιματική αλλαγή
 Καθαρή ενέργεια

 Παραπομπές 

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

 Γερμανική Wikipedia – Kraftwerk Schwarze Pumpe

http://www.co2geonet.com – Ευρωπαϊκό Δίκτυο Αριστείας στη Γεωλογική Αποθήκευση του CO2 (European Network of Excellence on the Geological Storage of CO2)
http://www.cgseurope.net – Πανευρωπαϊκή δράση συντονισμού για τη γεωλογική αποθήκευση του CO2 (Pan European coordination action on CO2 geological storage)

Κατηγορία:Τεχνολογίες αντιρρύπανσης
Κατηγορία:Τεχνολογίες αερίων