"Zelené uhlí": nový hrob pro miliardy

rubrika:
"Elektrárny bez CO2 nejsou schopny srovnat se v nákladech s obnovitelnými energiemi."
 Martin D. VonkaFoto: Martin D. Vonka
Se stavbou první "elektrárny bez CO2" ve Schwarze Pumpe u Hoyeswerdy začíná opatrný nástup technologie, kterou chtějí provozovatelé elektráren s fosilními palivy prokázat jako řešení problematiky skleníkových plynů. Opatrný přístup na této "panenské půdě" je zcela na místě, což je zřejmé i z její velikosti: výkon bude činit pouze 30 MW. Zdůvodnění: je třeba sbírat nejprve zkušenosti s "technologií se zeleným uhlím" (dále jen TZU) a teprve pak se osmělit do větších projektů.

Vlastně se zde vyskytuje ještě příliš mnoho nezodpovězených otázek. Zejména doba výstavby je dosud nejistá. Před rokem 2020 to bude pravděpodobně jen malá pilotní soustava pro výzkumné účely. Zcela neobjasněná je otázka, zda bude možno oddělený oxid uhličitý dlouhodobě a bezpečně skladovat. Stejně tak napínavá je otázka nákladů. Jak se "technologie zeleného uhlí" projeví na vlastních výrobních nákladech a zda bude schopna konkurovat stále více se uplatňujícím zdrojům alternativních energií.

Těžištěm následující části příspěvku bude vzájemné srovnávání nákladů na TZU s náklady na realizaci obnovitelných energií. Při analýze nákladů na TZU se bude příspěvek koncentrovat na uhelné elektrárny. Technologii "zeleného uhlí" však mohou využívat i elektrárny, spalující zemní plyn.

Při rozboru nákladů na "elektrárny bez CO2" je nutno brát v úvahu celý technologický postup, od oddělování a stlačování plynu a jeho transport až na místo jeho skladování. Jelikož se jedná o nové technologie, které musí obstát ještě v praktických testech, je šíře pásma cenových odhadů ve studiích "zeleného uhlí" ještě příliš velká.

Tento příspěvek se opírá především o čísla, uvedená ve studiích pracovních týmů Arbeitsgemeinschaft des Wuppertals-Institut, DLR Institutu pro Termodynamiku, Centra pro sluneční energii a výzkum vodíku (Centrum für Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung ZSW) a o práci Ecofys-Studie z roku 2004.


Náklady na "zelené uhlí", odloučení CO2

Oba nejběžnější a nejdokonaleji vyvinuté pracovní postupy pro oddělení oxidu uhličitého od ostatních plynných složek jsou:
  1. odloučení CO2 po spálení (dekarbonizace kouřových plynů = Post Combustion)
  2. CO2 před spálením (Brenngas-Dekarbonisierung = Pre-Combustion)
Po spalování je CO2 z kouřového plynu elektrárny oddělen. Pro tento postup je nutno použít velké množství chemikálií a energie, protože musí být ošetřeny velké objemy horkého plynu. Tím se snižuje bilance účinnosti elektrárny o 8 -14 %, výrobní náklady na proud se zvyšují o 100 %. Tímto postupem vzrůstají náklady na odstraňování prostředí škodlivého oxidu uhličitého až na 60 € na tunu CO2.

Při odstraňování CO2 před spalováním se tento ze spalných plynů odvede a vyrobí se z něho synthézní plyn (známou reakcí CO2 s tlakovou vodní párou), který obsahuje po skončení reakce směs oxidu uhelnatého, oxidu uhličitého a vodíku (jako dříve známý svítiplyn). Tato technika se používá ještě v některých GuD-elektrárnách s integrovaným zplynováním uhlí (kombi-elektrárna, Intregraded Gasification Combined Cycle, IGCC), aniž by se CO2 separoval a zadržoval.

Zhoršení účinnosti při tomto postupu o 10 % je podstatně nižší, než při odstraňování CO2 po spalování. Nárůst nákladů je rovněž menší. Ceny vyrobeného proudu stoupají odhadem o max. 40 %. Protože však produkce IGCC elektrárny je i bez odstraňování CO2 náročnější než z konvenční elektrárny, dosahují u ní celkové náklady na likvidaci CO2 až 110 €/t CO2.

Dalším důležitým postupem je spalování v kyslíku (Technologie "Oxy Fuel"), které není v příspěvku probíráno, protože je technické realizaci nejvíce vzdáleno.


Náklady technologie "zelené uhlí" na transport a skladování CO2

Nákladové analýzy transportu a skladování CO2 jsou ještě komplexnější než zkoumání technologie oddělování (separace), přestože je ještě nejisté, zda může být CO2 dlouhodobě bezpečně skladován. Jako potenciální zásobníky přichází v Německu v úvahu vyprázdněná ropná a plynová pole, salinární aquifery a uhelné sloje. I když je celosvětově známo tlakové zavádění oxidu uhličitého v ropných a plynových polích pro zvýšení výtěžků těžby, nejsou dosud žádné praktické zkušenosti pro skladování v salinárních aquiferech a uhelných slojích.

Možnosti skladování CO2 v Německu jsou jen omezené. Zajištěný skladovací objem prázdných ropných a plynových polí je odhadován na cca 2,3 až 2,6 miliardy tun, odhadovaný potenciál salinárních aquiferů cca 16 až 20 miliard tun a uhelných slojí maximálně 1,67 miliardy tun CO2. To znamená, že by mohly být skladovací kapacity v několika desítkách let zaplněny, pokud by byly celkové emise CO2 separovány a uskladňovány. K tomu přichází problém dlouhých transportních cest, protože elektrárny jsou obvykle vzdáleny daleko od nejsnadněji dosažitelných potenciálních zásobníků v ropných a plynových polích.

S přibývající vzdáleností stoupají ale transportní náklady, které oscilují mezi 1 €/t
CO2 pro vzdálenosti pod 50 km a 30 €/t CO2 při velmi velkých vzdálenostech přes 2 000 km. Šířka pásma nákladů na skladování CO2 je rovněž velmi velká (1 – 30 €/t CO2) a závisí zejména na typu zásobníku.


Náklady technologie "zelené uhlí", celkový řetězec postupů

Pořizovací ceny proudu se úhrnem zvyšují všemi kroky postupů TZU až o 140 % a vznikají i náklady na likvidaci škod až 144 € na tunu CO2. Tyto náklady se budou ještě zvyšovat vlivem růstu cen zdrojů energie, protože 25% snížení účinnosti elektrárny na "zelené uhlí" se projeví zejména na cenovém vývoji dobývané suroviny.

Mimoto nemůže první technologické využití oddělování a stlačování oxidu uhličitého ve velkém začít dříve, než v letech 2020/25. Tak zvané TZU nebudou tím hrát prakticky žádnou roli při náhradě 40 000 MW elektrárenského výkonu v příštích desetiletích. Pro dostavbu těchto elektráren může být ale použita jen relativně drahá a neefektivní metoda oddělování CO2 po procesu spalování.

Nebudou to ale žádné uhelné, případně plynové "elektrárny bez CO2", ale jen "se sníženým množstvím emise CO2", protože s ohledem na celý výrobní řetězec může být oddělením a stlačením CO2 redukováno jen 65 až 70 % emisí oxidu uhličitého.

Důvodem pro to je dodatečná spotřeba zdrojů (uhlí) a ztráty netěsností při transportu a skladování. Proto budou i pořizovací náklady na výrobu proudu v elektrárnách na "zelené uhlí" vyšší. Zvýší se i stoupajícími cenami za emisní certifikáty, případně náklady na pojištění možných závad na CO2-zásobnících.


Vývoj nákladů na obnovitelné energie

Protože ve velkém měřítku najde TZU uplatnění teprve po roce 2020, musí být pro srovnávání nákladů brán v úvahu i budoucí vývoj cen obnovitelných zdrojů energií. Pro prognózy nákladů jsou zohledněny křivky různých technologií obnovitelných energií. Vlivem dynamického technického vývoje mohou náklady obnovitelných energií stále klesat. Pořizovací náklady na fotovoltaiku a větrnou energii by mohly být např. v příštích letech sníženy více než o polovinu – viz např. cena fotovoltaiky.

V níže uvedeném grafu je zachycena prognóza vývoje nákladů na konvenční a alternativní energie v desetiletích tohoto století. A to ještě nejsou v grafu zachyceny náklady, spojené s využíváním "zeleného uhlí", protože je zcela nejisté, jak vysoko náklady narostou a kdy bude následovat skutečné využívání tak nákladné a riskantní technologie ve velkém měřítku.


Vývoj nákladů na energie z konvenčních a alternativních zdrojůVývoj nákladů na energie z konvenčních a alternativních zdrojů

Je jasné, že průměrné výrobní náklady na obnovitelné energie nepřetržitě klesají a v roce 2020 bude proud z alternativních zdrojů levnější, než ze zdrojů konvenčních. I bez "zeleného uhlí" jejich cenový náskok kontinuálně poroste. Pokusy s uplatněním uhelných elektráren bez emisí tento vývoj jenom posílí. V době očekávaného zavedení technologie "Green Coal", tedy "zeleného uhlí", budou činit náklady na zneškodnění exhalací CO2 140 € na tunu skleníkového plynu, což bude skutečný finanční problém.

Ukazuje se, že alternativní energie nemusí chápat "zelené uhlí" jako hrozící konkurenci. Mimoto je "zelené uhlí" pro výrobu elektrického proudu jen jednou z řady možností. Protože se může vyplatit jen ve velkých, centrálních soustavách (elektrárnách), bude prakticky vyloučena i dnes výhodně využívaná kogenerace tepla (vytápění sídlišť odpadním teplem z výrobního procesu elektráren). Pro zajištění vytápění jsou proto alternativní energie jedinou možností přípravy "ekologického tepla".

Pro obor pohonných hmot to bude obdobné, "zelené uhlí" nemůže konkurovat pohonným biopalivům, ani řešit problémy, spojené s dobýváním a transportem fosilních paliv. Pro fosilní zdroje nastanou další problémy, protože jejich spotřeba navíc narůstá se snižováním jejich účinnosti.

Zdroj: Dipl. Ing. Björn Pieprzyk: "Clean Coal": Ein neues Milliardengrab, Solarzeitalter, č.2/2006, str. 15-18.
Přeložil: Ján Struška


Tento článek vyšel v časopise Alternativní energie 5/2008.