Geotermia a CCS i CCU

Problem potencjalnego konfliktu interesów pomiędzy geologicznym składowaniem CO2 w poziomach solankowych a geotermią niskotemperaturową jest często podnoszony przez przeciwników metody CCS (Carbon Capture and Storage – czyli wychwyt i geologiczne składowanie CO2) zarówno w Polsce, jak i w innych krajach Europy o podobnych warunkach geologicznych. Jak wiadomo, formacje skał osadowych występujące w obrębie basenu permo-mezozoicznego obejmującego północne Niemcy, Danię, Holandię, Morze Północne, wschodnią część Anglii oraz ponad połowę terytorium Polski zawierają wody złożowe o rozmaitym zasoleniu. Wbrew oponentom metody CCS warto wskazać, że procesy towarzyszące oddziaływaniom wtłaczanego CO2 z górotworem i wodami solankowymi można wykorzystać jednocześnie do obu celów – sekwestracji i skojarzonej produkcji ekologicznej energii (kogeneracji). Reasumując, obecnie możliwe jest połączenie CCS i CCU (Carbon Capture and Utility, czyli wychwyt CO2 oraz jego utylizacja) i geotermii, przez co można redukować emisję dwutlenku węgla i przy okazji w opłacalny sposób produkować ciepło i/lub energię elektryczną. Pierwszą z takich możliwości jest wykorzystanie CO2 w zamkniętych, niekonwencjonalnych systemach geotermalnych typu HDR (Hot Dry Rock). W przypadku HDR dokonujemy szczelinowania, aby sztucznie polepszyć właściwości zbiornikowe skał na głębokościach minimum 3 km i osiągnąć temperaturę minimum 95–100°C, wystarczającą do produkcji i ciepła i energii elektrycznej. Połączenie geotermii z CCU oznacza tu po prostu że zamiast wody zatłaczamy CO2 w obiegu zamkniętym. Około 10% zatłoczonego gazu jest przy tym „tracona", czyli pozostaje na trwałe w górotworze, co stanowi efekt CCS. Oczywiście, nie są to ilości na ogół wielkie w porównaniu z konwencjonalną sekwestracją, ale w przyjętych koncepcjach redukcji emisji CO2 metody utylizacji tego gazu (CCU – Carbon Capture and Utility) są szczególnie cenne i pożądane. Wykorzystanie CO2 zamiast wody jako medium przenoszące ciepło ogromnie przy tym podnosi efektywność energetyczną HDR, co stanowi w tym przypadku kluczowy zysk ekonomiczny i ekologiczny. Druga koncepcja wykorzystuje skały osadowe o dobrych właściwościach zbiornikowych, zawierające solanki, które są na ogół mniej przydatne dla geotermii, z uwagi na wysoką korozyjność i przeciętne na ogół (zwłaszcza w naszym kraju) parametry temperaturowe. Do poziomu solankowego zatłaczany jest CO2, który na głębokości minimum 800 m występuje w fazie zbliżonej do ciekłej, lecz o gęstości niższej od solanki, stąd utrzymuje się nad nią w postaci poduszki. Przy założeniu kogeneracji energii, CO2 jest zatłaczany do solanki, przy czym jego większa część pozostaje w górotworze (sekwestracja), a niewielka część cyrkuluje w obiegu zamkniętym, oddając ciepło na wymienniku, bądź produkując energię elektryczną w turbinie. Sens ekonomiczny tej koncepcji zawiera się w fakcie, że dwutlenek węgla może w tych warunkach, w temperaturze kilkudziesięciu stopni Celsjusza plus panującej na tych głębokościach, oddać parokrotnie więcej ciepła/energii, niż zasolona woda wykorzystywana w tradycyjnych układach zamkniętych głębokiej geotermii.

Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
Dziedziny: nauki ścisłe i przyrodnicze
Dyscypliny: nauki o ziemi i środowisku