Gazołapy, czyli co w sprawie czystości atmosfery mogą zrobić maszyny

Najlepiej byłoby oczywiście nie emitować gazów cieplarnianych. To jednak scenariusz w najbliższych latach nierealny. Dlatego zarówno kolejne raporty Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC), jak i międzynarodowe porozumienia mówią, że równocześnie trzeba zacząć, i to jak najszybciej, usuwać spore ilości CO_² i innych związków węgla z atmosfery. Celem jest osiągnięcie „zerowych emisji netto” najpóźniej do 2050 r. W drugiej połowie stulecia oczyszczanie atmosfery powinno być kontynuowane, dopóki poziom gazów cieplarnianych nie powróci do stanu bezpiecznego dla ziemskiego klimatu.

Od początku epoki przemysłowej posłaliśmy do atmosfery, pod postacią rozmaitych gazów cieplarnianych, ok. 600 gigaton węgla (1 gigatona to 1 mld ton). W przeliczeniu na dwutlenek węgla jest to ok. 2200 gigaton. Nieco ponad połowę z tego przejęły oceany i rośliny, ale reszta – ok. 1000 gigaton CO_² – wciąż wisi nad naszymi głowami. Z każdą dekadą dorzucamy coraz więcej do atmosferycznego pieca. W ubiegłym roku było to ok. 36 gigaton. Rośliny i oceany znów zdjęły z atmosfery znaczną część tego brzemienia, ale i tak – jak prognozują naukowcy z Global Carbon Project – ok. 2030 r. nadwyżka gazów cieplarnianych będzie tak duża, że przekroczymy próg 1,5 st. C (powyżej stanu sprzed epoki przemysłowej). Może nawet nastąpi to wcześniej.

***

Naukowcy z University of Oxford i kilku innych uczelni europejskich w raporcie State of Carbon Dioxide Removal ze stycznia tego roku ocenili, że na razie wyłapujemy rocznie ok. 2 gigaton CO_². To zaledwie 5 proc. tego, co emitujemy. Jest to zasługa głównie nowych zalesień. Tymczasem oczekiwania, zapisane m.in. w ekspertyzach IPCC, są takie, że za dwie dekady będziemy potrafili usuwać z atmosfery 10–15 gigaton dwutlenku węgla rocznie, a w 2050 r. – nawet 50 gigaton.

Mnóstwo dwutlenku węgla mogłyby wychwycić nowo posadzone drzewa. Obecnie lasy zajmują ok. 40 mln km kw. To mniej więcej 28 proc. wszystkich ziemskich lądów. Parę lat temu w „Science” grupa badaczy wyliczyła, że gdyby zalesić dodatkowo 10 mln km kw., czyli w praktyce przywrócić stan sprzed epoki przemysłowej, wówczas te nowe drzewa mogłyby przejąć z atmosfery i zmagazynować w drewnie i glebie od 600 do 700 gigaton CO_² – dwie trzecie obecnej antropogenicznej nadwyżki.

Na papierze wygląda to imponująco. A w praktyce? Po pierwsze, najpierw trzeba byłoby szybko znaleźć te 10 mln km kw., czyli obszar rozmiarów Europy, poczekać parę dekad, zanim te drzewa urosną, a w międzyczasie chronić je przed pożarami, chorobami i szkodnikami. Po drugie, należałoby właściwie dobrać ich skład gatunkowy. Przykład Chin pokazuje, że źle dopasowane do lokalnego klimatu i środowiska rośliny degradują glebę oraz obniżają poziom wód gruntowych. A na koniec wymierają i wtedy oddają CO_² do atmosfery, podobnie jak podczas pożarów i inwazji szkodników. Po trzecie, niewiadomą jest kondycja lasów w ocieplającym się klimacie. Ich potencjał pochłaniania dwutlenku węgla może się znacznie zmniejszyć, szczególnie w tropikach – ostrzegła pod koniec sierpnia w „Nature” grupa biologów.

Dlatego wielu badaczy mocno powątpiewa w te 600–700 gigaton CO_². Co oczywiście nie znaczy, że nie należy zalesiać globu. Tyle że drzewa, które zasadzimy, odzyskają raczej nie więcej niż 300–350 gigaton cieplarnianego gazu już nagromadzonego w atmosferze. Nadal do usunięcia pozostawałoby więc ok. 650–700 gigaton plus to, co wyemitujemy w kolejnych dekadach, zanim ostatecznie zdekarbonizujemy gospodarkę.

Trzeba więc pomóc roślinom. Jak? Choćby przy pomocy metody, którą swego czasu zaproponowali założyciele i szefowie kanadyjskiej firmy Carbon Engineering. Ich pomysł został w połowie sierpnia tego roku nagrodzony kwotą 600 mln dol. przez amerykański Departament Energii.

***

Sam pomysł nie jest nowy. Narodził się mniej więcej półtorej dekady temu, gdy Bill Gates postanowił bliżej zainteresować się zmianami klimatu i zwrócił się do ekspertów. Byli to David Keith, profesor Harvard University, oraz Ken Caldeira ze Stanfordu. Z czasem stali się jego doradcami, a za otrzymane od niego pieniądze skrzyknęli grupę badaczy, głównie chemików, by w laboratorium zbudować małą instalację, która oczyszczałaby powietrze z dwutlenku węgla.

Do wyłapania gazu miał służyć roztwór sody żrącej, która łatwo wiąże się z dwutlenkiem węgla z powietrza, tworząc węglan sodu (Na_²CO_³). Ciecz z sodą żrącą miała spływać po wielkich arkuszach pofałdowanego plastiku, stykając się tam z powietrzem atmosferycznym zasysanym i pompowanym do wnętrza urządzenia przez potężne wentylatory, najlepiej zasilane energią odnawialną. Pochwycony w ten sprytny sposób dwutlenek węgla miał być odzyskiwany z roztworu, a potem oferowany rozmaitym odbiorcom. Skomercjalizowaniem pomysłu miała się zająć nowo powstała firma Carbon Engineering. Jej prezesem został Keith, a fundusze dostarczyli Gates i zaprzyjaźnieni z nim miliarderzy.

Idea szybko znalazła naśladowców w kręgach akademickich. Badacze pozyskiwali kolejnych prywatnych inwestorów i zakładali małe firmy innowacyjne powiązane z uczelniami, w których pracowali. Tak uczynił Klaus Lackner z Columbia University, który o wychwytywaniu CO_² z atmosfery pisał już w latach 90. XX w. Następni byli fizyk Peter Eisenberger i matematyczka Graciella Chichilnisky, oboje także z Columbii. Za pieniądze, które dał im Edgar Bronfman Jr, ówczesny prezes Warner Music, zbudowali eksperymentalną instalację do odzyskiwania CO_² o wydajności 2 ton na dobę. Dekadę temu do tej grupki dołączyła szwajcarska firma Climeworks założona przez młodych chemików z politechniki ETH w Zurichu.

Jednak lata mijały, a żaden z tych laboratoryjnych eksperymentów nie przeobraził się w porządną instalację przemysłową. Główną barierą okazały się koszty. Na początku przekraczały tysiąc dolarów za wyłapanie tony dwutlenku węgla. Stopniowo obniżono je do 600 dol., a w ostatnich latach ścięto jeszcze o połowę. To wciąż za drogo, ale ekonomia skali podpowiadała, że gdyby zbudować odpowiednio duże zestawy takich maszyn, jednostkowy koszt ich pracy powinien znacznie spaść. Rzecz w tym, że aby to sprawdzić, należałoby zbudować dużą instalację demonstracyjną, odzyskującą nie parę ton na dobę, jak większość dotychczasowych, ale co najmniej tysiąc razy większą. Żaden prywatny inwestor nie chciał brać sobie na głowę takiego kłopotu.

***

Przełom nastąpił w 2022 r. w amerykańskim Kongresie. Do przyjętej wówczas ustawy Bipartisan Infrastructure Bill, która przewiduje wydanie ponad biliona dolarów na inwestycje infrastrukturalne w USA, wpisano „skromną” kwotę 3,5 mld dol. z przeznaczeniem na zbudowanie czterech dużych instalacji pilotażowych do wychwytywania CO_². Założono, że każda będzie wyłapywała z powietrza milion ton gazu rocznie. Departament Energii uruchomił program Carbon Negative Shot i rozpisał konkurs dla konsorcjów naukowo-przemysłowych. W połowie sierpnia wybrano dwa pierwsze. Po 600 mln dol. dostaną firma naftowa Occidental Petroleum, która wykorzysta wspomnianą technologię dostarczoną przez Carbon Engineering, i organizacja naukowa Battelle mająca wdrożyć pomysł Szwajcarów z Climeworks wspartych przez kalifornijski start-up Heirloom.

Szwajcarscy naukowcy mają dziś największe doświadczenie – praktyczne i biznesowe. W 2021 r. uruchomili na Islandii instalację wyłapującą rocznie 4 tys. ton CO_², a pod koniec ubiegłego roku zaczęli w tym kraju budowę dziewięciokrotnie większego zestawu pochłaniaczy. Dwutlenek węgla – odzyskany z powietrza przy pomocy specjalnych filtrów – jest przez nich wtłaczany głęboko pod ziemię, gdzie ulega mineralizacji (zamienia się w skałę). Model biznesowy polega m.in. na oferowaniu osobom prywatnym i firmom offsetu węglowego, między innymi w formie abonamentu miesięcznego. Najtańszy kosztuje 25 dol. i wiąże się z usunięciem z powietrza 20 kg CO_².

Założyciele Climeworks deklarują, że w 2050 r. chcieliby wyłapywać z atmosfery gigatonę gazu rocznie. To jednak będzie zależało w dużym stopniu od tego, czy powiedzie się amerykański projekt, w którym uczestniczą. Zakład, który ma powstać w Luizjanie, za mniej więcej 10 lat ma osiągnąć wydajność 25 mln ton. Raport State of Carbon Dioxide Removal ocenia łączny potencjał technologii na 10–20 gigaton rocznie, co oznacza, że takich instalacji powinno powstać na globie od czterystu do ośmiuset.

Być może jednak nie będzie potrzeba aż tylu, ponieważ – jak zauważają autorzy publikacji – równolegle rozwijane są inne „technologie negatywnych emisji”, takie jak produkcja biowęgla uzyskiwanego poprzez pirolizę (suchej destylacji) odpadów roślinnych i zwiększenie potencjału gleb do magazynowania związków organicznych. Czy też rozprowadzanie na powierzchni terenu zmielonej skały bazaltowej, która podczas wietrzenia wiąże węgiel z powietrza.

I dobrze, bo maszyny wyłapujące CO_², poza zaletami – na przykład taką, że potrzebują mało przestrzeni – mają też wady. Przede wszystkim zużywają mnóstwo prądu. Climeworks swój zakład na Islandii zasila energią geotermalną. Amerykańskie zakłady pilotażowe mają pracować na prądzie pochodzącym głównie z farm fotowoltaicznych. Czy tak będzie?

***

Wciąż też nie wiadomo, co zrobić z tymi gigatonami wyłapanego gazu. Część, ale raczej niewielką, można przetworzyć na rozmaite produkty, ale większość należałoby umieścić głęboko pod ziemią, najlepiej do warstw skał bazaltowych, gdzie uległby przeobrażeniu w trwałe minerały. Problem w tym, że nie będzie to działalność dochodowa, chyba że oparta na offsecie węglowym.

Niepokojące jest to, że chętne do zakupu gazu, oczywiście gdy jego cena już spadnie, są firmy naftowe. Chcą go wtłaczać do starych złóż ropy, aby wycisnąć z nich więcej surowca. W ten sposób jednak technologia, zamiast ratować klimat, przedłużyłaby życie branży paliw kopalnych. Amerykanie deklarują, że nawet jedna tona CO_² z pilotażowych instalacji nie zostanie wykorzystana w ten kontrowersyjny sposób, ale zarazem budowę zakładu w Teksasie powierzyli koncernowi paliwowemu Occidental Petroleum.

Oby nie okazało się, że masowe usuwanie dwutlenku węgla z atmosfery nabiera sensu ekonomicznego tylko wtedy, gdy równocześnie bardzo dużo go emitujemy.