Pilna potrzeba wychwytywania dwutlenku węgla
Poziomy dwutlenku węgla (CO₂) w naszej atmosferze osiągają rekordowe wartości, napędzając niebezpieczne zmiany klimatu. W 2024 roku stężenie CO₂ osiągnęło około 426 części na milion – około 50% wyższe niż w czasach przedprzemysłowych news.berkeley.edu. Ograniczenie emisji jest kluczowe, ale eksperci zgadzają się, że to nie wystarczy. Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC) twierdzi, że musimy również usunąć miliardy ton CO₂ już znajdujących się w powietrzu, aby osiągnąć globalne cele klimatyczne reuters.com, news.berkeley.edu. Tutaj pojawiają się technologie wychwytywania dwutlenku węgla: wychwytywanie CO₂ u źródła (np. w elektrowniach lub fabrykach), a nawet bezpośrednio z powietrza, aby osiągnąć „ujemne emisje”. Jak ujął to jeden z klimatologów, poleganie wyłącznie na usuwaniu dwutlenku węgla jest ryzykowne – „Tylko poprzez ambitne redukcje emisji w najbliższym czasie możemy skutecznie zmniejszyć ryzyko… [ale] usuwanie CO₂ (CDR) może pomóc spowolnić ocieplenie” reuters.comreuters.com. Krótko mówiąc, potrzebujemy wychwytywania i usuwania dwutlenku węgla równolegle z ograniczaniem emisji, a ostatnie przełomy sprawiają, że te technologie stają się coraz bardziej realne.
Dlaczego wychwytywanie dwutlenku węgla? Trudne do dekarbonizacji branże (cement, stal, energetyka) wciąż emitują duże ilości CO₂. Wychwytywanie dwutlenku węgla może usuwać CO₂ z ich spalin, zapobiegając jego przedostaniu się do atmosfery. Na przykład sama produkcja cementu odpowiada za około 7–8% globalnych emisji CO₂, a wychwytywanie tych „emisji procesowych” przez długi czas uważano za bardzo trudne ccsnorway.com. Tymczasem bezpośrednie wychwytywanie z powietrza (DAC) pozwala usuwać rozcieńczony CO₂ z otwartego powietrza (około 0,04% stężenia) – to ogromne wyzwanie, ale niezbędne, jeśli chcemy obniżyć ilość CO₂ już nagromadzonego w atmosferze news.berkeley.edu. „Bezpośrednie wychwytywanie z powietrza jest uwzględniane jako sposób na odwrócenie wzrostu poziomu CO₂… Bez tego nie osiągniemy celu ograniczenia ocieplenia do 1,5 °C,” zauważyło Centrum Zmian Klimatu Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, podsumowując ustalenia IPCC news.berkeley.edu.
Jeszcze do niedawna wychwytywanie dwutlenku węgla było kosztowne, energochłonne i ograniczało się głównie do projektów pilotażowych. Tradycyjne metody wykorzystują ciekłe aminy (chemikalia wiążące CO₂) w dużych wieżach pochłaniających, które sprawdzają się przy skoncentrowanych gazach spalinowych, ale zużywają dużo energii – i nie są wydajne przy niskich stężeniach CO₂, takich jak w powietrzu news.berkeley.edu. Jednak w latach 2024–2025 naukowcy i inżynierowie na całym świecie zaprezentowali nowe struktury i technologie, które obiecują uczynić wychwytywanie CO₂ znacznie bardziej wydajnym, przystępnym cenowo i możliwym do wdrożenia na dużą skalę. Od nowoczesnych, gąbczastych materiałów, które pochłaniają CO₂, po ogromne nowe instalacje magazynujące CO₂ w ilościach tysięcy ton – te innowacje przyspieszają wyścig o oczyszczenie naszej atmosfery.
Poniżej omawiamy najnowsze przełomy w wychwytywaniu CO₂ – w tym zaawansowane materiały (metal-organiczne szkielety, kowalencyjne szkielety organiczne, sorbenty), nowatorskie procesy (od wychwytywania w wysokich temperaturach po słoneczne DAC) oraz największe projekty i inicjatywy na całym świecie. Zawieramy także opinie czołowych naukowców i ekspertów ds. klimatu na temat tego, co te osiągnięcia oznaczają dla walki ze zmianami klimatu.
Zaawansowane materiały do wychwytywania CO₂: MOF-y, COF-y i sorbenty
Nadchodzi wielka rewolucja w wychwytywaniu dwutlenku węgla dzięki nauce o materiałach. Naukowcy stworzyli nowe porowate ciała stałe o zadziwiającej zdolności wychwytywania cząsteczek CO₂. Dwoma gwiazdami są metal-organiczne szkielety (MOF) oraz kowalencyjne szkielety organiczne (COF) – krystaliczne materiały z nanoporami, które działają jak gąbki o bardzo dużej powierzchni dla gazów. Te szkielety mogą być szyte na miarę z grupami chemicznymi przyczepiającymi się do CO₂, oferując ogromną poprawę w stosunku do tradycyjnych filtrów z ciekłych amin energiesmedia.comatoco.com.- MOF-y (Metal-Organic Frameworks, czyli metal-organiczne szkielety): MOF-y składają się z atomów metali połączonych organicznymi łącznikami, tworząc otwartą sieć o wewnętrznej powierzchni tak dużej, że „zaledwie jeden gram ma powierzchnię równą boisku piłkarskiemu” energiesmedia.com. Naukowcy mogą dekorować pory MOF-ów grupami funkcyjnymi (takimi jak aminy lub inne reaktywne miejsca), aby selektywnie wychwytywać CO₂. MOF-y są badane pod kątem wychwytu CO₂ od ponad dekady, ale nowe formulacje podnoszą wydajność na nowe poziomy. Na przykład pod koniec 2024 roku zespół z UC Berkeley pod kierownictwem prof. Jeffrey’a Longa odkrył MOF, który potrafi wychwytywać CO₂ z gorących gazów spalinowych – przy 300 °C, znacznie powyżej granic konwencjonalnych materiałów news.berkeley.edu. Ten MOF, znany jako ZnH-MFU-4𝓁, wykorzystuje w swoich porach hydryd cynku (ZnH) zamiast amin, a te okazały się niezwykle stabilne w wysokich temperaturach news.berkeley.edu. „Nasze odkrycie może zmienić sposób, w jaki naukowcy myślą o wychwycie węgla. Odkryliśmy, że MOF może wychwytywać CO₂ w niespotykanie wysokich temperaturach… co wcześniej uważano za niemożliwe,” powiedział dr Kurtis Carsch, współautor badania news.berkeley.edu. Materiał osiągnął ponad 90% wychwytu CO₂ w symulowanych spalinach (poziom określany jako „głęboki wychwyt”), nawet przy ~300 °C, z pojemnością porównywalną do najlepszych sorbentów aminowych news.berkeley.edu. To zmienia zasady gry dla branż takich jak cementowa i stalowa, gdzie gazy spalinowe często przekraczają 200–400 °C news.berkeley.edu. Zamiast instalować skomplikowane systemy chłodzenia, aby używać konwencjonalnych metod wychwytu, tak wysokotemperaturowe MOF-y mogłyby pewnego dnia być zintegrowane bezpośrednio z kominami. Jak zauważył prof. Long, „Ta praca pokazuje, że przy odpowiedniej funkcjonalności – tutaj, miejscach z hydrydem cynku – szybki, odwracalny i o dużej pojemności wychwyt CO₂ rzeczywiście można osiągnąć w wysokich temperaturach, takich jak 300 °C” news.berkeley.edu. Naukowcy badają teraz warianty tego MOF-u i dostrajają jego miejsca metaliczne, aby wychwytywać inne gazy lub jeszcze bardziej zwiększyć pojemność news.berkeley.edu.
- COF-y (kowalencyjne szkielety organiczne): COF-y są podobne do MOF-ów, ale bez metalu – są zbudowane wyłącznie z lekkich pierwiastków (C, H, N, O) połączonych silnymi wiązaniami kowalencyjnymi. Dzięki temu mogą być bardziej odporne na niektóre warunki. W październiku 2024 roku zespół pod kierownictwem prof. Omara Yaghiego (wynalazcy MOF-ów/COF-ów) i prof. Laury Gagliardi zaprezentował COF-999, nowy COF wychwytujący CO₂, który zadziwił naukowców swoją wydajnością pme.uchicago.edu. COF-999 to porowata sieć, której heksagonalne kanały są „ozdobione poliaminami” – czyli długimi łańcuchami grup aminowych wyhodowanymi wewnątrz porów pme.uchicago.edu. Te aminy działają jak molekularne haczyki na CO₂. W testach na UC Berkeley już niewielka próbka COF-999 była w stanie całkowicie oczyścić powietrze z CO₂. „Przepuściliśmy powietrze z Berkeley – po prostu powietrze z zewnątrz – przez ten materiał, żeby zobaczyć, jak sobie poradzi, i to było piękne. Całkowicie oczyścił powietrze z CO₂. Wszystko,” relacjonował prof. Yaghi news.berkeley.edu. Według badaczy, 200 gramów COF-999 (około pół funta) może wychwycić 20 kg CO₂ rocznie, czyli mniej więcej tyle, ile pochłania dorosłe drzewo news.berkeley.edu. Co ważne, COF-999 jest niezwykle stabilny: wykazał brak degradacji przez 100 cykli wychwytywania i uwalniania CO₂ pme.uchicago.edu. „Jest bardzo stabilny zarówno chemicznie, jak i termicznie, i może być używany przez co najmniej 100 cykli,” powiedziała prof. Gagliardi pme.uchicago.edu. Ta trwałość rozwiązuje duży problem – wiele wcześniejszych materiałów ulegało rozkładowi po wielokrotnym użyciu, zwłaszcza z powodu wody lub zanieczyszczeń w powietrzu. Szkielet COF-999 zbudowany jest z wiązań olefinowych (węgiel-węgiel), które należą do najmocniejszych w chemii news.berkeley.edu. W przeciwieństwie do niektórych MOF-ów, które rozpadały się w wilgotnym powietrzu lub w warunkach zasadowych, ten COF jest odporny na wodę, tlen i inne gazy news.berkeley.edu. „Wyłapywanie CO₂ z powietrza jest bardzo trudne – potrzeba dużej pojemności, wysokiej selektywności, odporności na wodę, niskiej temperatury regeneracji, skalowalności… To duże wyzwanie,” wyjaśnił Yaghi, „Ten COF ma mocny szkielet, wymaga mniej energii i pokazaliśmy, że wytrzymuje 100 cykli wbez utraty pojemności. Żaden inny materiał nie wykazał takiej wydajności” news.berkeley.edu. W rzeczywistości Yaghi nazwał COF-999 „praktycznie najlepszym materiałem do bezpośredniego wychwytu CO₂ z powietrza” do tej pory news.berkeley.edu. Pochłanianie CO₂ wynosi do 2 milimoli na gram sorbentu, co plasuje go wśród najlepszych sorbentów stałych news.berkeley.edu. A ponieważ uwalnia CO₂ po podgrzaniu tylko do ~60 °C, może potencjalnie wykorzystywać niskotemperaturowe źródła ciepła do regeneracji news.berkeley.edu. Zespół już wykorzystuje techniki AI, aby projektować jeszcze lepsze struktury, dążąc do materiałów, które mogłyby wychwytywać „dwa razy więcej CO₂” przed koniecznością regeneracji pme.uchicago.edu. Takie odkrycia wspierane przez AI to rosnący trend: na przykład naukowcy z University of Illinois Chicago i Argonne National Lab niedawno wykorzystali ramy obliczeniowe do przeszukania 120 000 hipotetycznych struktur MOF i zidentyfikowania obiecujących do wychwytu CO₂ energiesmedia.com. Laboratorium Yaghiego założyło także startup Atoco, aby komercjalizować te materiały retikularne do wychwytu węgla.
- Stałe sorbenty i inne materiały: Poza MOF-ami i COF-ami testuje się różnorodne nowe stałe sorbenty. Obejmują one modyfikowane zeolity, polimery porowate, żywice jonowymienne, a nawet materiały inspirowane naturą. Wiele z nich jest funkcjonalizowanych grupami aminowymi, aby chemicznie wiązać CO₂. Celem jest osiągnięcie wysokiej pojemności i selektywności wobec CO₂ przy jednoczesnym mniejszym zapotrzebowaniu na energię do regeneracji niż w przypadku roztworów aminowych. Niektóre startupy badają sorbenty oparte na enzymach lub elektrochemiczne wychwytywanie CO₂ (wykorzystujące prąd elektryczny do uwalniania CO₂ zamiast ciepła). Inne, jak Heirloom Carbon w USA, stosują inne podejście: wykorzystują naturalnie występujące minerały. Heirloom rozprowadza tlenek wapnia (pochodzący z wapienia), który pasywnie pochłania CO₂ z powietrza, przekształcając się z powrotem w węglan wapnia, a następnie podgrzewa go, aby uwolnić czysty CO₂ i zregenerować tlenek. To podejście mineralnego obiegu zamkniętego wykorzystuje tanie, powszechnie dostępne materiały (w zasadzie przyspieszone wietrzenie wapienia). W latach 2023–2024 Heirloom przyciągnął duże inwestycje na skalowanie – pozyskując ponad 150 milionów dolarów – i buduje swoje pierwsze komercyjne obiekty businesswire.com, heirloomcarbon.com. Chociaż jest to wolniejsze niż systemy z wentylatorami, mineralny DAC może być niskokosztowy i działa na ciepło; Heirloom twierdzi, że może osiągnąć koszty usuwania poniżej 100 USD/tonę w skali przemysłowej. Tymczasem membrany do wychwytywania CO₂ odnotowały stopniowe ulepszenia, choć głównie sprawdzają się przy gazach o wysokim stężeniu. Naukowcy opracowują także sorbenty hybrydowe (np. wiążąc enzymy lub materiały o konsystencji cieczy na nośnikach stałych), aby połączyć najlepsze cechy każdego z nich. Krajobraz materiałów szybko się rozwija, wspierany przez projektowanie AI i testy wysokoprzepustowe. Jak zauważył jeden z portali energetycznych, „zaawansowane metalowo-organiczne szkielety… działają jak molekularne gąbki”, a w połączeniu z inteligentnym inżynieringiem procesowym (np. cykle próżniowe) nowe systemy wykazały do 99% usuwania CO₂ w testach laboratoryjnych – znacznie powyżej typowych 50–90% dla starszych technologii energiesmedia.com. Krótko mówiąc, zaawansowane materiały umożliwiają wychwytywanie węgla, które jest bardziej wydajne (wychwytuje większą część CO₂, >95–99% w niektórych przypadkach) przy użyciu mniejszej ilości energii. Na przykład jeden nowatorski filtr MOF osiągnął ten sam poziom wychwytywania CO₂ przy około 17% mniejszym zużyciu energii i 19% niższych kosztach w porównaniu z konwencjonalnymi systemami aminowymi energiesmedia.com. Wszystkie te postępy są kluczowe, ponieważ mniejsze zużycie energii oznacza tańszą eksploatację i mniejszy ślad klimatyczny samego procesu wychwytywania.
Innowacyjne procesy wychwytywania CO₂ i synergie
Równolegle z nowymi materiałami, inżynierowie na nowo opracowują jak wychwytywany i uwalniany jest CO₂, czyniąc ten proces bardziej praktycznym. Tradycyjne wychwytywanie węgla często wykorzystuje adsorpcję z wymianą temperatury lub ciśnienia – sorbent jest wystawiany na działanie gazu, aby zaadsorbować CO₂, a następnie zmienia się warunki (podgrzewa się go lub obniża ciśnienie), by uwolnić CO₂ do magazynowania. Nowe techniki usprawniają ten cykl:
- Synergia wymiany wilgoci i pozyskiwania wody: Przełomowym pomysłem w 2024 roku było użycie pary wodnej do wspomagania desorpcji CO₂. W artykule opublikowanym w Nature Communications (listopad 2024), naukowcy wykazali, że dodanie impulsu wilgotności może drastycznie zmniejszyć ilość energii potrzebnej do regeneracji sorbentów DAC nature.com. Ich metoda polega na wychwytywaniu zarówno wody, jak i CO₂ z powietrza za pomocą stałego sorbentu aminowego; następnie, w temperaturze około 100 °C, wprowadzają skoncentrowaną parę wodną, która skutecznie wypycha CO₂ z sorbentu. Proces ten pozwolił uzyskać CO₂ o czystości 97,7% (gotowy do magazynowania lub wykorzystania) i jednocześnie wyprodukować świeżą wodę, wszystko bez potrzeby stosowania pomp próżniowych czy wysokociśnieniowych kotłów parowych nature.com. W rzeczywistości, prosty miejscowy przepłuk parą wystarczył, by odzyskać 98% wychwyconego CO₂ przy około 20% mniejszym zużyciu energii nature.com. Co więcej, zademonstrowali prototyp zasilany całkowicie przez ciepło słoneczne, pokazując potencjał jednostek DAC działających na energii odnawialnej w odległych rejonach nature.com. Ta koncepcja „rozproszonego DAC” – wykorzystująca światło słoneczne i wilgoć z otoczenia – może umożliwić przystępne cenowo usuwanie węgla w regionach ubogich w wodę, przy jednoczesnej produkcji wody. To sprytne podejście do problemu: woda zwykle jest postrzegana jako zanieczyszczenie w wychwytywaniu CO₂ (wilgotne powietrze sprawia, że wiele sorbentów działa gorzej), ale tutaj woda staje się atutem wspomagającym uwalnianie CO₂.
- Energooszczędna regeneracja: Kolejnym celem jest zwiększenie wydajności etapu uwalniania CO₂. Przykładem jest integracja cieplna. W pierwszym na świecie projekcie wychwytywania dwutlenku węgla w cementowni w Norwegii (omówionym później), inżynierowie wdrożyli system Carbon Capture Heat Recovery: ciepło odpadowe z kompresora CO₂ jest odzyskiwane do wytwarzania pary, która wspomaga pracę absorbera aminowego, dostarczając około jednej trzeciej potrzebnego ciepła do regeneracji man-es.com. Dzięki ponownemu wykorzystaniu ciepła, które w przeciwnym razie zostałoby zmarnowane, system znacząco obniża koszt energetyczny wychwytu man-es.com. Cyfrowa optymalizacja procesu skróciła także czasy rozruchu i wyeliminowała niektóre zbędne elementy, czyniąc system bardziej elastycznym w działaniu man-es.comman-es.com. Podobnie wiele nowych systemów wychwytu wykorzystuje adsorpcję próżniową lub ciśnieniową z zaawansowanymi sorbentami, aby całkowicie uniknąć podgrzewania: wytwarzają próżnię, by uwolnić CO₂ z sorbentu w temperaturze otoczenia, oszczędzając energię. Niektóre konstrukcje naprzemiennie wykorzystują dwa lub więcej złoża sorbentu, tak że jedno wychwytuje, a drugie się regeneruje, zapewniając ciągłą pracę (tak działają moduły DAC firmy Climeworks, wykorzystując niskociśnieniową parę lub próżnię do regeneracji filtrów).
- Podejścia elektrochemiczne i katalityczne: Poza wahaniami ciepła/ciśnienia, firmy wprowadzają innowacje w zakresie wychwytu CO₂ napędzanego elektrycznością. Na przykład spółka spin-off MIT o nazwie Verdox rozwija adsorpcję elektro-swing, gdzie przyłożenie napięcia zmienia powinowactwo materiału do CO₂ – w praktyce „ładujesz” sorbent, by wychwycił CO₂, a następnie „rozładowujesz”, by je uwolnić, bez istotnego podgrzewania. Może to być zasilane energią odnawialną i skalowane modułowo. Inni badacze dodają katalizatory do systemów opartych na rozpuszczalnikach, by obniżyć ilość energii potrzebnej do uwolnienia CO₂ (np. enzymy anhydrazy węglanowej lub katalizatory metaliczne, które pomagają rozbić wiązanie CO₂-aminowe w niższych temperaturach). Choć te podejścia są głównie na etapie badań i rozwoju, stanowią obiecującą perspektywę na obniżenie kosztów energetycznych wychwytu dzięki sprytniejszej chemii zamiast brutalnej siły cieplnej.
- Systemy hybrydowe (CCUS): Niektóre nowe rozwiązania łączą wychwytywanie CO₂ z natychmiastowym wykorzystaniem, aby poprawić opłacalność. Na przykład istnieją projekty bezpośredniego wychwytywania CO₂ z powietrza do produkcji paliw, gdzie CO₂ pobrane z powietrza trafia do reaktora (z zielonym wodorem), aby wytworzyć paliwa syntetyczne. Istnieją projekty pilotażowe łączące jednostki DAC z syntezą paliw lub z produkcją betonu (mineralizacja CO₂ w materiały budowlane). W jednym z ważnych projektów technologia DAC firmy Carbon Engineering zostanie połączona z syntezą paliw firmy Air Company w planowanej instalacji do produkcji paliwa lotniczego z atmosferycznego CO₂. Inną koncepcją hybrydową jest BECCS (bioenergia z CCS), gdzie elektrownie na biomasę wychwytują swoje emisje CO₂ – osiągając emisje netto ujemne, ponieważ CO₂ pochodzi z węgla atmosferycznego związanego przez rośliny. Takie innowacje są jeszcze w fazie początkowej, ale mogą stworzyć strumienie przychodów (paliwa, produkty), które zrównoważą koszty wychwytywania, pomagając w skalowaniu technologii.
Ogólnie rzecz biorąc, motywem przewodnim jest wydajność i integracja: sprawienie, by jednostki wychwytujące CO₂ były bardziej jak inteligentne maszyny, które pozyskują CO₂ przy minimalnym zużyciu energii, często wykorzystując naturalne procesy (takie jak obieg wody, ciepło odpadowe czy odnawialną energię). Te przełomowe rozwiązania procesowe, w połączeniu z zaawansowanymi materiałami, przynoszą rekordowe wyniki w laboratoriach i wczesnych demonstracjach. Na przykład, używając niestandardowego filtra MOF i cyklu próżniowego, jeden z zespołów niedawno osiągnął 99% usuwania CO₂ w testach laboratoryjnych, zużywając około 17% mniej energii niż starsze metody energiesmedia.com, energiesmedia.com. Wszystkie te ulepszenia przybliżają nas do marzenia o opłacalnym wychwytywaniu dwutlenku węgla na dużą skalę.
Wychwytywanie dwutlenku węgla u źródła: oczyszczanie przemysłu
Wychwytywanie CO₂ ze źródeł punktowych – takich jak elektrownie, fabryki i rafinerie – to kluczowy element łagodzenia zmian klimatu. Źródła te produkują CO₂ w wysokim stężeniu i dużej ilości, więc wychwytywanie tutaj może zapobiec przedostaniu się dużych emisji do atmosfery. Kilka ważnych wydarzeń w latach 2024–2025 przyspieszyło wychwytywanie dwutlenku węgla ze źródeł punktowych:
- Cement i stal – pierwsze projekty na pełną skalę: Na początku 2025 roku norweski projekt wychwytywania i składowania dwutlenku węgla Longship osiągnął historyczny kamień milowy: instalacja Brevik CCS stała się pierwszą na świecie pełnoskalową instalacją wychwytu CO₂ w fabryce cementu ccsnorway.com. Po zakończeniu budowy pod koniec 2024 roku, Brevik CCS rozpoczęła wychwytywanie CO₂ z cementowni Heidelberg Materials w Brevik, Norwegia. Do maja 2025 roku bezpiecznie wychwycono już pierwsze ponad 1 000 ton CO₂ podczas testów rozruchowych ccsnorway.com. Po osiągnięciu pełnej operacyjności będzie wychwytywać 400 000 ton CO₂ rocznie, eliminując około 50% emisji zakładu man-es.com. Ten CO₂ jest skraplany na miejscu i transportowany do stałego zbiornika pod Morzem Północnym w ramach projektu Northern Lights ccsnorway.com. To przełom dla przemysłu ciężkiego – jak stwierdziła Gassnova (norweska agencja ds. CCS), „Sektor cementowy odpowiada za 7–8% globalnych emisji CO₂… Wychwytywanie emisji procesowych z tej branży od dawna uważano za bardzo trudne. Fakt, że Brevik CCS faktycznie wychwytuje CO₂ w praktyce, to przełom… technologiczny i przemysłowy” ccsnorway.com. To dowód, że nawet „trudne do ograniczenia” emisje przemysłowe CO₂ można wychwytywać na dużą skalę. Następny w kolejce norweski zakład przetwarzania odpadów na energię w Oslo ma rozpocząć wychwytywanie CO₂ (~400 tys. ton/rok) w 2026 roku, co dodatkowo potwierdzi skuteczność CCS w różnych sektorach.
- Wychwytywanie w wysokiej temperaturze dla przemysłu: Jedną z głównych barier dla branż takich jak stalownictwo i cementownie było to, że ich spaliny są zbyt gorące dla konwencjonalnych absorberów CO₂ (które wymagają schłodzenia gazów do ok. 40–60 °C). Schładzanie tych gazów kosztuje energię i wodę, co utrudnia wdrożenie news.berkeley.edu. Nowy MOF z wodorku cynku z UC Berkeley (wspomniany wcześniej) rozwiązuje ten problem: wychwytuje CO₂ przy 300 °C, typowej temperaturze spalin z cementowni/hut news.berkeley.edu. W testach symulujących rzeczywiste spaliny (20–30% CO₂, obecność innych gazów), ten MOF wychwycił ponad 90% CO₂ nawet w temperaturach piecowych news.berkeley.edu. Takie materiały mogą umożliwić modernizację systemów wychwytu na piecach przemysłowych bez konieczności instalowania dużych chłodnic. Jak zauważył dr Carsch, otwiera to „nowe kierunki w nauce o separacji” – projektowanie sorbentów działających w ekstremalnych warunkach news.berkeley.edu. Na razie większość projektów wychwytu u źródła nadal wykorzystuje ulepszone rozpuszczalniki aminowe lub wychwyt na bazie amoniaku, ale i te są rozwijane. Chiny, na przykład, ogłosiły w 2024 roku, że przetestują wychwyt dwutlenku węgla w kilku elektrowniach węglowych do 2027 roku, równolegle z próbami współspalania biomasy i amoniaku w celu ograniczenia emisji spglobal.com. Chińscy inżynierowie opracowali własne systemy wychwytu oparte na rozpuszczalnikach, a nawet membranowe kontakty do spalin z elektrowni. Wraz ze wzrostem wsparcia politycznego (chińskie wytyczne z 2024 roku włączyły CCUS do oficjalnej mapy drogowej dekarbonizacji climateinsider.com), spodziewamy się wkrótce zobaczyć duże jednostki demonstracyjne wychwytu na elektrowniach węglowych i gazowych w Azji.
- Elektrownie gazowe z CCS: W USA i Wielkiej Brytanii trwają prace nad budową pierwszych elektrowni gazowych z pełnym wychwytem dwutlenku węgla. W brytyjskim regionie Teesside projekt Net Zero Teesside ma na celu wyposażenie nowej elektrowni gazowej w CCS do końca tej dekady, kierując CO₂ do magazynowania pod dnem Morza Północnego. W USA firma NET Power (amerykański startup) opracowała elektrownię w cyklu Allama, która z natury wytwarza czysty strumień CO₂ poprzez spalanie gazu ziemnego z czystym tlenem w środowisku CO₂ – to cykl energetyczny, który dostarcza ciekły CO₂ gotowy do sekwestracji. Elektrownia NET Power o mocy 300 MW ma ruszyć w Teksasie do 2026 roku, potencjalnie stając się pierwszą tego typu bezemisyjną elektrownią gazową. Takie zintegrowane projekty mogą umożliwić produkcję czystej energii przy wychwycie niemal 100% powstającego CO₂.
- Tańsze rozpuszczalniki i systemy modułowe: Wiele firm pracuje nad stopniowo ulepszanymi technologiami wychwytywania CO₂ u źródła – na przykład Mitsubishi Heavy Industries oraz Aker Carbon Capture wdrożyły ulepszone systemy rozpuszczalników aminowych, które zmniejszają zużycie energii o około 30% w porównaniu do starszych amin, dzięki opatentowanej chemii, która wiąże CO₂ równie mocno, ale uwalnia go łatwiej. Modułowe jednostki wychwytujące (montowane na ramach/skid-mounted) są oferowane na rynku i mogą wychwytywać np. 30–100 ton CO₂ dziennie z małych źródeł przemysłowych (takich jak zakłady produkujące etanol czy piece cementowe) bez konieczności budowy ogromnej infrastruktury. Te mniejsze jednostki można powielać, aby zwiększyć wydajność. W Japonii rząd wyznaczył cel na 2030 rok, aby wychwytywać 6–12 milionów ton CO₂ rocznie (w tym z przemysłu) i finansuje badania oraz rozwój nowych generacji rozpuszczalników i metod adsorpcji iea.org. Celem jest, aby wychwytywanie dwutlenku węgla stało się plug-and-play dla wielu zakładów, zamiast za każdym razem budować indywidualne megaprojekty.
Ogólnie rzecz biorąc, wychwytywanie dwutlenku węgla u źródła w latach 2024–2025 przechodzi z etapu pilotażowego do realizacji rzeczywistych projektów, które przechwytują CO₂ z działalności przemysłowej. Dzięki pierwszym tego typu instalacjom, takim jak Brevik, które udowadniają, że to możliwe, obecnie skupia się na obniżeniu kosztów i zużycia energii – gdzie nowe materiały i procesy odegrają dużą rolę. Ostateczna wizja zakłada, że w niedalekiej przyszłości elektrownia węglowa lub cementownia będzie mogła dołączyć modułowy system wychwytujący wypełniony zaawansowanymi sorbentami (np. peletami MOF lub podobnymi), które mogą usuwać >90% CO₂ nawet z gorących, zanieczyszczonych spalin, a następnie albo przetwarzać ten CO₂ na produkty, albo bezpiecznie składować go pod ziemią. W miarę wdrażania tych rozwiązań, mogą one znacząco zmniejszyć ślad węglowy kluczowych gałęzi przemysłu podczas przechodzenia na czystsze alternatywy.
Direct Air Capture: Wychwytywanie CO₂ prosto z powietrza
Podczas gdy wychwytywanie u źródła zapobiega nowym emisjom, Direct Air Capture (DAC) ma na celu faktyczną redukcję CO₂ już obecnego w atmosferze. DAC często porównuje się do „odkurzacza atmosferycznego” – co jest nie lada wyzwaniem, biorąc pod uwagę, że CO₂ stanowi tylko około 0,04% powietrza. Jednak lata 2024–2025 przyniosły realny postęp w DAC, dzięki uruchomieniu nowych instalacji i lepszym sorbentom, które czynią ten proces bardziej wykonalnym.
Skalowanie instalacji DAC: W maju 2024 roku szwajcarska firma Climeworks uruchomiła największą na świecie do tej pory instalację DAC, nazwaną Mammoth, na Islandii climeworks.com. Mammoth jest około 10 razy większa od poprzedniej instalacji Orca firmy Climeworks. Po osiągnięciu pełnej operacyjności, jej 72 modułowe kolektory CO₂ będą wychwytywać do 36 000 ton CO₂ rocznie z powietrza climeworks.com. Instalacja działa na islandzkiej odnawialnej energii geotermalnej; po wychwyceniu CO₂ jest przekazywany do Carbfix, islandzkiego partnera, który wtłacza go głęboko pod ziemię, gdzie mineralizuje się w kamień climeworks.com. Mammoth rozpoczął działalność od zainstalowania 12 swoich modułów kolektorów w 2024 roku i rozpoczął „wychwytywanie pierwszego CO₂”, a zakończenie budowy przewidywane jest na koniec 2024 roku climeworks.com. Współ-CEO Climeworks, Jan Wurzbacher, nazwał to „kolejnym dowodem w naszej drodze do zwiększenia skali do pojemności megatonowej do 2030 roku i gigatonowej do 2050 roku”, podkreślając, że firma zdobywa bezcenne doświadczenie praktyczne w optymalizacji DAC na większą skalę climeworks.com. Rzeczywiście, Climeworks ma już za sobą siedem lat pracy w terenie i przetwarza 200 milionów punktów danych dziennie ze swoich instalacji, aby udoskonalać wydajność climeworks.com. Wnioski z Mammoth zostaną wykorzystane w jeszcze większych projektach: Climeworks jest częścią trzech proponowanych „megatonowych” hubów DAC w Stanach Zjednoczonych, z których wszystkie zostały wybrane w 2023 roku przez Departament Energii USA do początkowego finansowania climeworks.com. Największy z nich, Project Cypress w Luizjanie, otrzymał 50 milionów dolarów na początku 2023 roku na rozpoczęcie prac inżynieryjnych; zakłada się, że po wybudowaniu będzie wychwytywać 1 milion ton CO₂ rocznie climeworks.com. Te amerykańskie huby DAC mają na celu wykorzystanie obfitej energii odnawialnej i geologicznych magazynów, aby radykalnie zwiększyć skalę DAC.
Stany Zjednoczone w szczególności mocno stawiają na DAC. W 2022 roku rząd przeznaczył 3,5 miliarda dolarów na regionalne centra DAC. Pod koniec 2024 roku Departament Energii uruchomił nową rundę finansowania o wartości 1,8 miliarda dolarów, aby wesprzeć do 9 nowych obiektów DAC, od średniej wielkości (wychwyt 2 000–25 000 ton/rok) po duże (≥25 000 ton/rok), a także infrastrukturę „hubów” łączącą je z miejscami składowania lub wykorzystania energy.gov. Program ten wyraźnie poszukuje „transformacyjnych” technologii DAC i pomoże obiecującym projektom przejść z etapu pilotażowego do skali komercyjnej energy.gov. Sekretarz Energii Jennifer Granholm zauważyła, że szerokie wdrożenie DAC będzie kluczowe dla amerykańskich celów klimatycznych i nowego czystego przemysłu. Już realizowanych jest kilka głośnych projektów: spółka zależna Occidental Petroleum, 1PointFive (we współpracy z Carbon Engineering), otrzymała w 2024 roku do 500 milionów dolarów od DOE na budowę zakładu DAC w południowym Teksasie 1pointfive.com. Początkowe 50 mln dolarów zostanie przeznaczone na inżynierię i wyposażenie zakładu zaprojektowanego do wychwytywania 500 000 ton CO₂ rocznie z powietrza, z planami zwiększenia do 1 miliona ton/rok i docelowo do 30 milionów rocznie na tym terenie 1pointfive.com. „Wielkoskalowy DAC to jedna z najważniejszych technologii, które pomogą organizacjom i społeczeństwu osiągnąć zerową emisję netto,” powiedziała dyrektor generalna Occidental, Vicki Hollub, chwaląc wsparcie DOE i wyrażając pewność w dostarczeniu „usuwania CO₂ na skalę istotną dla klimatu” 1pointfive.com. Centrum DAC w południowym Teksasie będzie wykorzystywać wysokotemperaturowy proces DAC firmy Carbon Engineering (który wykorzystuje roztwory wodorotlenku potasu i ogromne kontakty do absorpcji CO₂, a następnie regeneruje czysty strumień CO₂ poprzez kalcynację). Co istotne, teren w King Ranch, TX, posiada podziemne formacje solankowe, które mogą magazynować do 3 miliardów ton CO₂, co pozwoli na dekady działania 1pointfive.com. Łącząc wychwyt i składowanie w jednym miejscu, uprości to logistykę i może stać się wzorem dla przyszłych farm DAC.Udział globalny: DAC to nie tylko przedsięwzięcie USA/Europy. W lipcu 2024 roku Chiny ogłosiły, że „CarbonBox”, ich pierwszy rodzimy moduł DAC, przeszedł testy niezawodności news.cgtn.com. Opracowany przez Uniwersytet Jiao Tong w Szanghaju oraz państwową firmę CEEC, CarbonBox to jednostka wielkości kontenera transportowego, która może wychwytywać ponad 100 ton CO₂ rocznie z powietrza, przy deklarowanej wydajności wychwytu na poziomie 99% news.cgtn.com. Podobno jest to jak dotąd największy moduł DAC w Azji, a wiele takich jednostek można wdrażać modułowo, aby osiągnąć milionowe skale rocznie news.cgtn.com. Każda jednostka CarbonBox, o wielkości standardowego kontenera, może być zbudowana i przetestowana w fabryce, a następnie wysłana na miejsce – to bardzo podobne podejście do tego, jak wdrożenie modułowego DAC wyobrażają sobie Climeworks czy Carbon Engineering. Zainteresowanie Chin technologią DAC współgra z ich ogromnym potencjałem energii odnawialnej, która mogłaby zasilać te systemy. W innych miejscach startupy z Kanady, Australii i Bliskiego Wschodu również wchodzą do gry. Na przykład, CarbonCapture Inc. w USA rozwija modułowe jednostki DAC wykorzystujące sorbenty MOF i realizuje projekt w Wyoming, gdzie używa energii odnawialnej i magazynowania mineralnego. W Kenii firma o nazwie Octavia Carbon zamierza zbudować pierwszą w Afryce instalację DAC (i została wybrana jako finalista XPRIZE), wykorzystując energię geotermalną z Rowu Afrykańskiego. Obszar ten staje się naprawdę globalny, a wymiana wiedzy odbywa się poprzez inicjatywy takie jak Mission Innovation „Carbon Dioxide Removal” oraz konkurs XPRIZE.
Przełomowe sorbenty dla DAC: Już omówiliśmy COF-999, nowy, najlepszy sorbent dla DAC, który „całkowicie oczyścił powietrze z CO₂” w testach news.berkeley.edu. Takie materiały będą kluczowe dla poprawy DAC. Gdy Climeworks zaczynał dekadę temu, używał komercyjnych filtrów sorbentowych (stałe aminy na nośniku), które wychwytywały kilkadziesiąt miligramów CO₂ na gram filtra. Nowe MOF-y i COF-y mogą wychwytywać setki miligramów na gram, co potencjalnie oznacza dziesięciokrotny wzrost pojemności. To oznacza mniejsze, bardziej wydajne jednostki DAC. Stabilność COF-999 w wilgotnym powietrzu rozwiązuje też duży problem – wcześniejsze sorbenty DAC często degradowały się przez wilgoć lub wymagały wstępnego osuszania powietrza (co marnuje energię) nature.com. Dzięki sorbentom odpornym na wodę, takim jak COF-999, jednostki DAC mogą działać w rzeczywistych warunkach zewnętrznych bez rozbudowanego wstępnego oczyszczania. Kolejnym obiecującym kierunkiem jest dążenie do regeneracji w niższej temperaturze. Niektóre nowe sorbenty można regenerować w 80–100 °C, co oznacza, że ciepło odpadowe lub energia słoneczna mogą napędzać cykl DAC (jak pokazało badanie w Nature z regeneracją parą wodną w ok. 100 °C nature.com). Pozwala to uniknąć spalania dodatkowego paliwa do wytwarzania ciepła, co poprawia bilans węglowy. Kilka grup badawczych bada także bezpośrednie wychwytywanie powietrza za pomocą tlenków metali, które uwalniają CO₂ podczas redukcji elektrochemicznej, oferując alternatywę dla cykli termicznych.
Trajektoria kosztów i zużycia energii: Historycznie DAC był bardzo energochłonny – pierwsze jednostki Climeworks potrzebowały ok. 2 000 kWh ciepła plus 500 kWh energii elektrycznej na tonę CO₂, a koszty wynosiły rzędu 600–1000 dolarów za tonę. Nowe technologie mają to radykalnie obniżyć. Climeworks nie ujawnił dokładnych danych dla Mammoth, ale twierdzi, że każda generacja instalacji się poprawia. Podejście Carbon Engineering (wysokotemperaturowa chemia) szacuje zużycie energii na ok. 8 GJ (2 200 kWh) gazu ziemnego na tonę i koszt ok. 250 dolarów/tona w pierwszej dużej instalacji, z potencjałem spadku poniżej 150 dolarów przy większej skali. Dzięki materiałom takim jak COF-999 i ulepszonym procesom, niektórzy badacze przewidują, że DAC może zejść poniżej 100 dolarów za tonę w ciągu dekady – to kluczowy próg dla masowego wdrożenia, bo mniej więcej przy takim koszcie wychwytywanie węgla z powietrza staje się realnym rozwiązaniem klimatycznym obok innych działań. Wsparcie rządowe pomaga obniżać koszty: amerykańska ulga podatkowa 45Q oferuje teraz 180 dolarów za tonę CO₂ usuniętą z powietrza i zmagazynowaną, co stanowi zachętę dla pierwszych projektów. Na dobrowolnym rynku węglowym korporacje takie jak Microsoft, Stripe i Shopify zainwestowały w DAC poprzez umowy zakupu z wyprzedzeniem (w ramach inicjatyw takich jak Frontier Climate), płacąc obecnie wyższe ceny, by pomóc firmom zwiększyć skalę i obniżyć przyszłe koszty.
Warto zauważyć, że Microsoft w 2023 roku zgodził się zakupić 315 000 ton usuwania CO₂ w ciągu 10 lat od firm Heirloom i CarbonCapture Inc., co stanowi silny wyraz zaufania do technologii DAC. W 2024 roku globalny sektor lotniczy, poprzez inicjatywę Jet Zero, zaczął inwestować w DAC jako źródło kredytów węglowych do kompensacji emisji z podróży lotniczych (na przykład fundusz zrównoważonego rozwoju United Airlines zainwestował w przyszłą instalację DAC). Wszystko to sygnalizuje, że bezpośrednie wychwytywanie dwutlenku węgla z powietrza, niegdyś koncepcja science fiction, szybko staje się branżą. „DAC w szczególności to nie tylko koncepcja, ale namacalna branża” – zauważono w raporcie z Szczytu DAC Climeworks 2023 climeworks.com. Jednak skala potrzebna jest ogromna – niektóre badania sugerują, że do połowy wieku potrzeba miliardów ton rocznie usuwania, aby w znaczący sposób ograniczyć zmiany klimatu reuters.com. Obecnie jesteśmy na etapie kiloton rocznie, więc przed nami wyzwanie zwiększenia skali 1 000x lub 1 000 000x. Nagroda XPRIZE 2025 za usuwanie dwutlenku węgla ma przyznać 50 milionów dolarów zespołom, które wykażą realne ścieżki do usuwania ponad 1 000 ton dziennie, co podkreśla, jak pilna i ogromna jest potrzeba.
Inicjatywy rządowe i prywatne napędzające postęp
Uznając znaczenie wychwytywania CO₂, rządy i przemysł na całym świecie uruchomiły w ciągu ostatnich dwóch lat duże inicjatywy:
- Stany Zjednoczone – „Carbon Capture Moonshot”: USA stały się liderem w finansowaniu wychwytywania i usuwania dwutlenku węgla. Poza wspomnianym programem DAC hub ($3,5 mld), Biuro Energii Kopalnej i Zarządzania Węglem Departamentu Energii inwestuje również w wychwytywanie dwutlenku węgla u źródła – na przykład w badania i rozwój nowej generacji wychwytywania dla elektrowni gazowych i zakładów przemysłowych, a pilotażowe projekty, takie jak Project Cypress, będą również wychwytywać CO₂ z zakładu produkującego etanol oprócz DAC. W 2024 roku DOE ogłosiło także 2,6 mld dolarów na rozbudowę infrastruktury transportu i składowania CO₂ (np. rurociągi i odwierty magazynowe) efifoundation.org, ponieważ wychwytywanie CO₂ ma sens tylko wtedy, gdy można go bezpiecznie zmagazynować lub wykorzystać. Szeroko zakrojona ustawa klimatyczna administracji Bidena (Inflation Reduction Act) znacząco zwiększyła ulgę podatkową 45Q (obecnie do 85 USD/tonę dla CO₂ ze źródeł punktowych składowanego oraz 180 USD/tonę dla CO₂ z DAC składowanego), co wywołało falę planowanych projektów wychwytywania dwutlenku węgla w sektorach energetycznym, etanolowym i przemysłowym, gdy firmy starają się uzyskać kredyty. Na przykład wiele elektrowni gazowych w Luizjanie i Kalifornii rozważa obecnie dodanie jednostek wychwytujących, aby skorzystać z 45Q. Rząd nadal wspiera także zwiększone wydobycie ropy (EOR) z użyciem CO₂ – choć kontrowersyjne, CO₂-EOR (wstrzykiwanie wychwyconego CO₂ do złóż ropy w celu zwiększenia wydobycia) faktycznie magazynuje część CO₂ i może zapewnić przychody na pokrycie kosztów wychwytywania. Część CO₂ z hubu DAC w Teksasie może początkowo trafić do EOR. Dodatkowo USA finansują huby magazynowania (takie jak formacje solankowe na wybrzeżu Zatoki Meksykańskiej i Środkowym Zachodzie), które mogą przyjmować CO₂ z wielu miejsc wychwytywania. Wszystkie te działania tworzą ekosystem zarządzania węglem.
- Europa – Polityka i projekty: UE i Wielka Brytania również intensywnie inwestują w wychwytywanie dwutlenku węgla, koncentrując się na dekarbonizacji przemysłu. Rząd Wielkiej Brytanii w 2023 roku wybrał dwa klastry przemysłowe (Humber i Liverpool Bay) jako klastry CCUS z pierwszej ścieżki (Track-1), które otrzymają finansowanie i wsparcie. Klastry te planują wyposażyć wiele fabryk i elektrowni w instalacje do wychwytywania CO₂ do około 2030 roku, połączone wspólnymi rurociągami CO₂ prowadzącymi do magazynowania na morzu Północnym. Projekty obejmują elektrownię Drax bioenergia z CCS (BECCS) – mającą na celu wychwycenie 8 milionów ton rocznie z elektrowni na biomasę – oraz elektrownię Net Zero Teesside z CCS. Fundusz Innowacyjny UE przyznał środki kilku projektom CCS, takim jak instalacja wychwytywania dwutlenku węgla w fabryce Dyneema w Holandii oraz projekty DAC z udziałem Climeworks i Carbfix na Islandii (które przyczyniły się do budowy Orca i Mammoth) climate.ec.europa.eu. W 2024 roku UE zaproponowała również wiążący cel, aby usunąć 5–10% emisji poprzez CDR do 2040 roku, co w praktyce oznacza zobowiązanie państw członkowskich do wdrażania rozwiązań takich jak DAC czy zalesianie w celu usuwania CO₂ z atmosfery climeworks.com. Norwegia, oprócz projektu Longship, planuje „Longship 2”, aby rozbudować infrastrukturę CO₂ i ewentualnie dodać kolejne miejsca wychwytywania (np. produkcja wodoru z CCS). W całej Europie powstaje wiele instalacji pilotażowych – od szwajcarskiej instalacji wychwytującej CO₂ ze spalin spalarni odpadów, po hiszpański projekt testujący nowe membrany do wychwytywania CO₂ z cementowni. Co ważne, Europa opracowuje ramy regulacyjne dla certyfikacji usuwania dwutlenku węgla, aby firmy mogły inwestować w wysokiej jakości usuwanie (np. DAC) i zaliczać je do celów klimatycznych w sposób zweryfikowany.
- Azja i Bliski Wschód: Widzieliśmy wejście Chin w DAC dzięki CarbonBox. Chiny prowadzą również jedne z największych na świecie pilotażowych instalacji wychwytywania u źródła – na przykład zakład w Jiangsu wychwytuje 500 000 ton rocznie z instalacji przetwarzania węgla na chemikalia, wykorzystując CO₂ do produkcji sody oczyszczonej. Państwowe giganty, takie jak Sinopec, budują instalacje wychwytywania CO₂ w rafineriach i zakładach petrochemicznych (wykorzystując CO₂ do EOR lub produkcji chemikaliów). Na Bliskim Wschodzie Arabia Saudyjska i ZEA ogłosiły plany masowego wdrożenia wychwytywania dwutlenku węgla w ramach swoich zobowiązań do osiągnięcia neutralności klimatycznej (np. projekt NEOM w Arabii Saudyjskiej obejmuje ambicje DAC, a ADNOC w ZEA rozbudowuje wychwytywanie CO₂ z przetwarzania gazu). Warto zauważyć, że bezpośrednie wychwytywanie z powietrza zostało wyróżnione podczas COP28 pod koniec 2023/na początku 2024 roku, organizowanego przez ZEA – na miejscu znajdowała się nawet działająca instalacja demonstracyjna DAC. Oba bogate państwa Zatoki mają idealne warunki dla DAC: tanie grunty, dużo energii słonecznej i odpowiednią geologię do magazynowania CO₂. Jeśli koszty spadną, możemy zobaczyć pierwsze na świecie „farmy” DAC o skali gigaton właśnie w tych regionach.
- Sektor prywatny i startupy: Dziesiątki startupów ścigają się w innowacjach w dziedzinie wychwytywania dwutlenku węgla. Oprócz już wymienionych (Climeworks, Carbon Engineering/1PointFive, Heirloom, CarbonCapture Inc., Octavia, Verdox), inne to Global Thermostat (który opracował proces DAC wykorzystujący porowate sorbenty pokryte aminami na panelach falistych), Svante (stosujący filtry z sorbentem stałym w obrotowym złożu do wychwytywania u źródła; twierdzą, że ich filtry oparte na MOF mogą wychwytywać CO₂ za mniej niż 50 USD/tonę w warunkach przemysłowych) oraz Mission Zero (z siedzibą w Wielkiej Brytanii, pracujący nad elektrochemicznym DAC). Firmy z sektora naftowego i gazowego inwestują w wiele z nich – Occidental w Carbon Engineering, Chevron w Svante, United Airlines w firmy zajmujące się usuwaniem dwutlenku węgla itd. Tymczasem Atoco, startup założony przez pioniera MOF Omara Yaghi, rozwija „nowe materiały retikularne” do zastosowań zarówno w wychwytywaniu dwutlenku węgla, jak i pozyskiwaniu wody z atmosfery atoco.com. „Nasza technologia zużywa o 50% mniej energii do wychwytywania i separacji CO₂ z powietrza lub gazów spalinowych,” mówi CEO Atoco Samer Taha atoco.com. Firma opracowała materiały o bardzo wysokim powinowactwie do CO₂, które „drastycznie obniżają zapotrzebowanie na energię i koszty” wychwytywania atoco.com. Tego typu ulepszenia mogą sprawić, że mniejsze, modułowe jednostki wychwytujące będą opłacalne ekonomicznie w wielu zastosowaniach.
Po stronie finansowej prywatny kapitał płynie do wychwytywania i usuwania dwutlenku węgla. Inwestycje venture capital w startupy zajmujące się usuwaniem dwutlenku węgla gwałtownie wzrosły (do setek milionów dolarów w całym sektorze). Korporacje tworzą też kluby nabywców, aby zapewnić przyszły popyt: konsorcjum Frontier (finansowane przez Stripe, Alphabet, Meta itd.) zobowiązało się do zakupu trwałego usuwania dwutlenku węgla o wartości 1 mld USD w tej dekadzie, skutecznie gwarantując rynek dla firm, które mogą dostarczyć zweryfikowane usuwanie CO₂. To dało startupom pewność do skalowania badań i rozwoju. Powstają nawet rynki kredytów za usuwanie dwutlenku węgla, choć wolumeny są nadal niewielkie, a ceny wysokie (obecnie ponad 500 USD za tonę dla kredytów DAC).
Wszystkie te inicjatywy – publiczne i prywatne – wskazują na silny impet budujący się wokół wychwytywania dwutlenku węgla. Jak zauważył Global CCS Institute, wdrażanie wychwytywania dwutlenku węgla wciąż pozostaje w tyle za tym, co jest potrzebne do osiągnięcia celów klimatycznych, ale ta luka zaczyna się zmniejszać dzięki nowym politykom i projektom catf.us. Panuje przekonanie, że nadszedł czas wychwytywania dwutlenku węgla – nie jako alternatywy dla redukcji emisji, lecz jako niezbędnej strategii równoległej.
Perspektywy i opinie ekspertów
W roku 2025 technologie wychwytywania i usuwania dwutlenku węgla przechodzą od science fiction do faktu, ale pozostają poważne wyzwania. Czołowi naukowcy podkreślają zarówno potencjał, jak i ograniczenia tych technologii:
Z jednej strony panuje optymizm. „To właściwie najlepszy materiał do bezpośredniego wychwytywania CO₂ z powietrza,” powiedział Omar Yaghi o COF-999, wyrażając entuzjazm wobec tego, jak takie przełomy „otwierają nowe możliwości w naszych wysiłkach na rzecz rozwiązania problemu klimatycznego” news.berkeley.edu. Wielu specjalistów z tej dziedziny szczerze wierzy, że dzięki dalszym innowacjom wychwytywanie dwutlenku węgla może stać się na tyle wydajne i tanie, by wdrożyć je na całym świecie. Wizja zakłada, że za kilka dekad powstanie nowy przemysł na skalę współczesnego sektora ropy i gazu – ale działający odwrotnie, globalnie usuwając węgiel z systemu. Może to obejmować „gigantyczne oczyszczacze powietrza” w strategicznych lokalizacjach, jak wyobraża sobie prof. Gagliardi, a zakłady DAC będą „znacząco przyczyniać się do globalnych wysiłków na rzecz osiągnięcia neutralności węglowej” pme.uchicago.edu. Modelarze klimatu potwierdzają, że emisje ujemne z takich technologii prawdopodobnie będą konieczne, by zrównoważyć najtrudniejsze do wyeliminowania źródła (jak lotnictwo, rolnictwo i emisje historyczne), jeśli chcemy utrzymać ocieplenie w pobliżu 1,5 °C.Z drugiej strony eksperci ostrzegają przed traktowaniem wychwytywania dwutlenku węgla jako cudownego rozwiązania lub wymówki do opóźniania ograniczania zużycia paliw kopalnych. Dr Fatih Birol, szef Międzynarodowej Agencji Energetycznej, ostrzegł, że „kontynuowanie dotychczasowego biznesu w sektorze ropy i gazu z nadzieją, że masowe wdrożenie wychwytywania dwutlenku węgla ograniczy emisje, to fantazja”. Innymi słowy, wychwytywanie dwutlenku węgla może uzupełniać, ale nie zastąpić szybkiego przejścia na czystą energię x.com. Naukowcy zwracają też uwagę, że usuwanie węgla dotyczy dwutlenku węgla, ale nie innych gazów cieplarnianych ani skutków klimatycznych. „Nawet jeśli obniżysz temperatury [za pomocą CDR], świat, na który będziemy patrzeć, nie będzie już taki sam,” powiedział dr Carl-Friedrich Schleussner, podkreślając, że takie problemy jak podnoszenie się poziomu mórz nie odwrócą się po prostu reuters.com. I musimy pamiętać o skali: obecnie wszystkie zakłady DAC razem usuwają tylko kilka tysięcy ton CO₂ rocznie; natura (lasy, gleby) usuwa rzędu 2 miliardów ton; jednak aby rzeczywiście pomóc w realizacji celów klimatycznych, może być potrzebne usuwanie 7–10 miliardów ton rocznie do połowy wieku reuters.com. To ogromne wyzwanie – około dziesięciokrotny wzrost w stosunku do obecnego usuwania przez naturę lub tysiące zakładów DAC wielkości Mammoth. Osiągnięcie tego będzie wymagało dalszych innowacji, inwestycji i wspierającej polityki przez wiele dekad.
Wniosek z wydarzeń lat 2024–2025 jest taki, że krzywa uczenia się w zakresie wychwytywania dwutlenku węgla naprawdę się rozpoczęła. Koszty stopniowo spadają, a projekty pierwszego rodzaju udowadniają kluczowe koncepcje. Widzimy pierwszą cementownię z CCS, pierwsze finansowane projekty DAC na skalę megaton, nowe materiały, które przełamują dotychczasowe ograniczenia (wychwytywanie CO₂ w 300 °C; wytrzymywanie ponad 100 cykli; działanie w wilgotnym powietrzu; wychwytywanie 99% CO₂ itd.), a rządy wykładają prawdziwe pieniądze na stół. Każdy sukces buduje wiedzę, która sprawia, że kolejny projekt jest łatwiejszy i tańszy. Jak ujęto to w jednym z raportów, maraton budowy branży usuwania dwutlenku węgla dopiero się rozpoczął, ale biegacze wreszcie ruszyli ze startu youtube.com.
W nadchodzących latach warto obserwować te „megaprojekty” – jeśli takie przedsięwzięcia jak Project Cypress (USA) czy brytyjski klaster Humber odniosą sukces, będą wychwytywać CO₂ na niespotykaną dotąd skalę i pokażą, czy koszty mogą spaść zgodnie z oczekiwaniami. Warto też śledzić konkurs XPRIZE Carbon Removal, który w 2024 roku zawęził się do 20 zespołów finałowych obejmujących DAC, wychwytywanie z oceanów, mineralizację i inne technologie xprize.org. Zwycięzca (ogłoszony w 2025 roku) musi wykazać usunięcie 1000 ton CO₂ i realną ścieżkę do zwiększenia skali do 1 miliona ton rocznie. Ten konkurs pobudził kreatywność i sprawił, że zespoły takie jak Heirloom, Carbfix i inne zostały zauważone i sfinansowane cen.acs.org.
Podsumowując, nowe struktury i technologie wychwytywania CO₂ pojawiają się bardzo szybko – od nowatorskich kryształów COF działających jak supergąbki dla CO₂ news.berkeley.edu, po ogromne projekty inżynieryjne mające na celu wyciąganie węgla z atmosfery na skalę megaton climeworks.com. Każdy z nich stanowi element układanki stabilizowania klimatu. Wśród ekspertów panuje „ostrożny optymizm”. Tak, wychwytywanie dwutlenku węgla jest technicznie złożone i obecnie kosztowne, ale postępy z lat 2024–2025 pokazują, że ludzka pomysłowość stopniowo pokonuje te wyzwania. Jak zauważył prof. Yaghi o łączeniu AI z chemią w celu projektowania lepszych sorbentów, „Jesteśmy bardzo, bardzo podekscytowani” news.berkeley.edu – a to podekscytowanie coraz częściej podzielają klimatolodzy, inżynierowie, inwestorzy i decydenci, którzy widzą wychwytywanie dwutlenku węgla jako niezbędne narzędzie, by przekazać przyszłym pokoleniom nadającą się do życia planetę.
Samo wychwytywanie dwutlenku węgla nie uratuje świata, ale może dać nam czas i zredukować zanieczyszczenia nagromadzone w przeszłości, podczas gdy wykonujemy trudną pracę dekarbonizacji. Dzięki przełomowym technologiom, które już mamy do dyspozycji, a kolejne pojawiają się na horyzoncie, niegdyś teoretyczna koncepcja oczyszczania naszej atmosfery staje się rzeczywistością. Najbliższe lata będą kluczowe, aby wdrożyć te rozwiązania na szeroką skalę – a jeśli nam się uda, przyszłe pokolenia mogą spojrzeć wstecz i uznać ten okres za świt nowej ery usuwania dwutlenku węgla, kiedy ludzkość dosłownie zaczęła czyścić niebo, by pomóc przywrócić bezpieczną równowagę klimatyczną.
Źródła: Badania i wiadomości dotyczące wychwytywania dwutlenku węgla (2024–2025) news.berkeley.edu, pme.uchicago.edu, ccsnorway.com, climeworks.com, 1pointfive.com, atoco.com, reuters.com, ogłoszenia rządowe i komentarze ekspertów energy.gov, news.berkeley.edu, energiesmedia.com, man-es.com, oraz oceny klimatyczne IPCC news.berkeley.edu, reuters.com.
