Vedci navrhujú zachytávanie uhlíka z morskej vody, nie zo vzduchu

Získavanie skleníkových plynov z vody je zvláštne znejúca myšlienka, ale oceány sú najväčším pohlcovačom uhlíka na planéte a priame zachytávanie uhlíka vzduchom má dosť vážne problémy, keďže je veľmi nákladné a spotrebuje veľa energie. Podľa údajov Medzinárodnej agentúry pre energetiku (IEA) z roku 2022 si aj tie najúčinnejšie technológie zachytávania oxidu uhličitého vo vzduchu vyžadujú približne 6,6 gigajoulov energie, teda 1,83 megawatthodín na tonu zachyteného oxidu uhličitého.

Väčšina tejto energie sa nepoužíva na priame oddelenie CO2 od vzduchu, ale na tepelnú energiu na udržanie prevádzkových teplôt absorbérov alebo na elektrickú energiu, ktorá sa používa na stlačenie veľkého množstva vzduchu do bodu, v ktorom sa môže účinne vykonávať operácia zachytávania. V každom prípade sú však náklady nekontrolovateľné, pričom v roku 2030 sa odhadovaná cena za tonu pohybovala v rozmedzí 300 - 1 000 USD (približne 282 – 941 EUR). Podľa portálu Statista v súčasnosti neexistuje na svete krajina, ktorá by bola ochotná zdaniť emitentov uhlíka ani polovicou z nižšieho odhadu. Uruguaj na prvom mieste ho zdaňuje sumou 137 USD (okolo 129 EUR) za tonu. Priame zachytávanie vzduchu teda nebude fungovať ako biznis, pokiaľ sa jeho náklady výrazne neznížia.

Ukazuje sa, že existuje aj iná možnosť a tou je morská voda. S rastúcou koncentráciou uhlíka v atmosfére sa oxid uhličitý začína rozpúšťať v morskej vode. Oceán v súčasnosti pohlcuje približne 30 - 40 % všetkých ročných emisií uhlíka ľudstva a udržiava neustálu voľnú výmenu so vzduchom. Ak z morskej vody odčerpáte uhlík, odčerpá viac zo vzduchu, aby sa koncentrácie vyrovnali. Najlepšie je, že koncentrácia oxidu uhličitého v morskej vode je viac ako 100-krát vyššia ako vo vzduchu.

Predchádzajúcim výskumným tímom sa podarilo uvoľniť CO2 z morskej vody a zachytiť ho, ale ich metódy si vyžadovali drahé membrány a neustály prísun chemikálií na udržanie reakcií. Na druhej strane tím z MIT oznámil úspešné testovanie systému, ktorý nevyužíva ani jedno, ani druhé a vyžaduje si oveľa menej energie ako metódy zachytávania vo vzduchu.

V novom systéme prechádza morská voda cez dve komory. Prvá využíva reaktívne elektródy na uvoľňovanie protónov do morskej vody, čím sa voda okysľuje a rozpustené anorganické hydrogénuhličitany sa menia na plynný oxid uhličitý, ktorý vychádza von a zachytáva sa pomocou vákua. Potom sa voda pretlačí do druhej sady článkov s obráteným napätím, ktoré tieto protóny privolajú späť a premenia kyslú vodu späť na zásaditú, než sa uvoľní späť do mora. Pravidelne, keď sa protóny z elektródy odstránia, polarita napätia sa obráti a tá istá reakcia pokračuje s vodou prúdiacou opačným smerom.

V novej štúdii tím z MIT uvádza, že jeho technika si vyžaduje príkon energie 122 kJ / mol, čo predstavuje 0,77 MWh na tonu. A tím je presvedčený, že to dokáže ešte lepšie.

„Hoci naša základná spotreba energie 122 kJ / mol-CO2 je rekordne nízka,“ uvádza sa v štúdii, „stále sa môže podstatne znížiť smerom k termodynamickej hranici 32 kJ / mol-CO2.“

Tím predpokladá optimalizované náklady okolo 56 USD (52,66 EUR) na tonu zachyteného CO2, hoci nie je spravodlivé porovnávať ich priamo s nákladmi na priame zachytávanie vzduchu v celom systéme. Štúdia upozorňuje, že to nezahŕňa vákuové odplynenie, filtráciu a „pomocné náklady mimo elektrochemického systému,“ ktorých analýzy bude potrebné vykonať samostatne. Niektoré z nich by sa však mohli potenciálne zmierniť integráciou jednotiek na zachytávanie uhlíka do iných zariadení, napríklad odsoľovacích zariadení, ktoré už spracúvajú veľké objemy morskej vody.

Zvýšené hromadenie uhlíka v oceáne v posledných rokoch už spôsobilo problémy s okyslením, ktoré ohrozuje koralové útesy a mäkkýše. Alkalický výstup tohto procesu, ak sa nasmeruje tam, kde je to potrebné, by mohol pomôcť obnoviť túto rovnováhu.

Vedci majú naplánovaný praktický demonštračný projekt niekedy v priebehu nasledujúcich dvoch rokov a hovoria, že je ešte veľa vecí, na ktorých treba popracovať. Výskumníci by napríklad radi dokázali oddeliť plyn bez vákuového systému. A minerálne zrazeniny znečisťujú elektródy na strane alkalizácie, takže je ešte potrebné dosiahnuť veľký pokrok.

Štúdia je voľne prístupná v magazíne Energy & Environmental Science.