Hatékonyabb és olcsóbb lehet a szén-dioxid-elnyelés, ha atomenergiával párosítják
Akár 13 százalékkal is csökkenthető lehet a szén-dioxid tonnánkénti elraktározásának költsége, ha a CO2-leválasztási és -tárolási rendszereket (carbon capture and storage, CCS) atomreaktorokkal kombinálják – állítja egy, az amerikai Energiaügyi Minisztérium (DOE) által szeptember elején kiadott jelentés, amely szerint a két technológia párosítása növelheti a szénelnyelés teljesítményét és piacképességét is.
Az Éghajlatváltozási Kormányközi Testület (IPCC) tavalyi, a klímaváltozás mitigációjával foglalkozó jelentése szerint az évszázad végéig több tíz vagy több száz gigatonnányi szén-dioxidot kell kivonni a légkörből, ha az ipari forradalom előtti helyzethez képest 2 fokon akarjuk tartani a felmelegedést. A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) szerint a másfél fokos cél eléréséhez szükséges nettó zéró kibocsátási forgatókönyvükhöz 2030-tól éves szinten 1200 megatonnányi szén-dioxidot kellene elnyelni.
Év eleji cikkünkben éghajlatkutatók segítségével részletesen áttekintettük, hogy állnak a klímacélokhoz szükséges szén-dioxid-elnyelési technológiák, és milyen lehetőség van ezek magyarországi bevetésére, hogy elérjük a 2050-es EU-s szintű klímasemlegességi vállalást. A világszerte működő, tervezett vagy fejlesztés alatt álló szén-dioxid-leválasztó projektek 2030-ra a legfrissebb adatok szerint 776 megatonnával maradnak el az IEA forgatókönyvétől, így a technológiák teljesítményének növelése vagy költségének csökkentése kulcsfontosságú lehet a klímacélok betartásához.
A DOE atomenergiával foglalkozó hivatalának új jelentése arra koncentrál, hogy mekkora potenciál van különféle negatív kibocsátási technológiák nukleáris reaktorokkal történő kombinálásában, aminek lehetőségét eddig kevéssé elemezték. A vizsgálat szerint ma a szénelnyelő üzemek telepítésének mértéke és gyorsasága elsősorban a technológiák kiforrottságától és költségétől függ. Ahhoz, hogy a szén-dioxid-leválasztás széles körben elterjedjen, költségcsökkentésre van szükség: erre szolgál az amerikai minisztérium egy új kezdeményezése, amely 100 dollárt szeretne elérni egy tonnányi szén-dioxidra mérten.
Az atomerőművek nagy mennyiségű, szinte megszakításmentes elektromos áramot, valamint hulladékhőt tudnának biztosítani a szén-dioxid-leválasztó üzemeknek, amiket azok a felhasznált technológiáktól függően különböző mértékben tudnának hasznosítani. A szakemberek elsősorban a szén-dioxidot közvetlenül a légkörből leválasztó (direct air capture, DAC) technológiákat vizsgálták, amelyek ugyan a legkiforrottabbak közé tartoznak, de nagy energiaigénnyel rendelkeznek. A DAC erőművek használhatnak folyékony oldóanyagot (L-DAC), vagy szűrőikben szilárd adszorbenst (S-DAC) is a szén-dioxid megkötésére, és ez alapján különböző teljesítményt érhetnek el.
Az S-DAC technológiát az utóbbi időszakban leginkább a svájci Climeworks cég tette ismertté, ami 2021-ben kapcsolta be Izlandon a geotermikus energia által hajtott, Orca nevű szén-dioxid-elnyelő üzemét, ami az üvegházhatású gázt föld alatti geológiai tárolókba juttatja. A vállalat közben tavaly már elkezdte építeni következő, kilencszer annyi szén-dioxidot letároló Mammoth üzemét is az országban.
Mi derült ki?
A jelentésben megvizsgálták azt is, hogy más szén-dioxid-elnyelési módszereket miként lehetne atomreaktorokkal párosítani. Amint azt a lenti táblázatban összefoglaltuk, ilyen például a bioenergia szénmegkötéssel és -tárolással (BECCS), amely során a szén-dioxidot a füstgázból választják le, vagy a mérnöki módszerekkel felgyorsított kémiai málláson alapuló szén-dioxid-elnyelés (EEW), ami a talajban vagy a tengervízben tárolja a megkötött szén-dioxidot. Ezek a vizsgálat szerint többnyire a reaktorok által termelt elektromos energiát tudnák inkább könnyedén kiaknázni.
A jelentés szerint az atomreaktorok, függetlenül attól, hogy bevett nyomottvizes (PWR) vagy magas hőmérsékletű, fejlesztés alatt álló technológiát (VHTR) alkalmaznak, jól kombinálhatók lehetnek a szén-dioxidot közvetlenül levegőből elnyelő rendszerekkel, és azoknak elektromos energiát és esetleg akár hőenergiát is biztosíthatnak. Egy ilyen, reaktorhoz kapcsolt L-DAC üzem sematikus ábráján jól látszik, hogy a maghasadásból termelt elektromos energia működtetni tudná a szénelnyelő berendezést, valamint a megkötött szén-dioxidot geológiai tárolóba juttató kompresszort.
A szakemberek arra jutottak, hogy az L-DAC folyamat sokkal több szén-dioxidot tud megkötni a Climeworks által is alkalmazott S-DAC-nál, ha egy 1 gigawatt hőteljesítményű nukleáris reaktorral kombinálják. A különbség akár tízszeres is lehet: míg egy ilyen S-DAC üzem esetén évi 1-1,5 megatonnányi szén-dioxid-megkötéssel lehet számolni, addig az L-DAC-nál ez a 12-15 megatonnát is elérheti. Az S-DAC nukleáris reaktorral történő kombinálásának ugyanakkor előnye, hogy már most ismert, miként lehetne felhasználni a reaktorból felszabaduló hulladékhőt a rendszer működtetéséhez.
Ahhoz, hogy meg tudják becsülni, miként befolyásolják az atomreaktorok a szén-dioxid-elnyelés költségét, egy új mutatót vezettek be, amit a szén-dioxid-leválasztás fajlagos költségének (levelized cost of DAC, LCOD) neveznek. Ez azt mutatja meg, hogy mennyibe kerül a teljes rendszer felépítése és üzemeltetése (90 százalékos kapacitás mellett) egy tonnányi szén-dioxidra vonatkozóan. Az atomerőművel kombinált L-DCA rendszerek tonnánként 170-260 dolláros áron tudnának szén-dioxidot tárolni, míg az ugyanilyen S-DAC üzemek 650-680 dollárért. Ez mindkét esetben költségcsökkenést jelent a Nemzeti Energia Technológiai Laboratórium által korábban vizsgált, nem nukleáris DAC rendszerekhez képest. Az L-DAC esetén a megtakarítás 5-7, míg az S-DAC-nál 8-13 százalékos.
A jelentés azt is vizsgálta, hogy mekkora bevétellel számolhatnak az üzemeltetők a piacról és állami ösztönzőknek köszönhetően a szénelnyelésből: technológiától és reaktortól függően ez 170-979 dollár körül alakulhat. Az alacsonyabb LCOD érték miatt az atomreaktorokkal összefűzött L-DAC rendszerek a szerzők szerint piacképesebbek lehetnek az S-DAC megoldásokhoz képest. Ugyanakkor azt is leszögezik, hogy az atomerőműhöz kapcsolt légköri szén-dioxid-leválasztó üzemek nagy befektetést igényelnek, aminek megtérüléséhez többek közt elegendően magas szén-dioxid-kvótaárak és ösztönzők hosszú távú fenntartására lenne szükség.
A DOE szerint az optimális rendszerek megtalálásához további vizsgálatokra lesz szükség. Bár a jelentés lát potenciált a biomassza- és vízalapú technológiák atomenergiával történő párosításában, ennek precíz technológiai és gazdasági részleteit még vizsgálni kell. Továbbá a még korai fejlesztési fázisban lévő, légkörből leválasztó technológiák tanulmányozása mellett azt is fel kell mérni, miként lehetne a nukleáris reaktorok hulladékhőjét hasznosítani az L-DAC rendszerekben, hogy minimalizálni lehessen a földgázfelhasználásukat.
Zeke Hausfather éghajlatkutató, aki az amerikai Stripe vállalat légköri szén-dioxid-leválasztási technológiákba történő befektetésein dolgozik, tavaly elmondta, hogy a szén-dioxid-elnyelés nem váltja ki a radikális kibocsátáscsökkentést, de itt az idő arra, hogy kipróbáljuk, melyik hosszú távú geológiai tárolást biztosító technológia működhet igazán jól.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten:
