Uvolňování CO2 z vody do ovzduší: Nové perspektivy a výzvy

22.11.2025

Klimatická změna je nezpochybnitelnou realitou a je rovněž nepochybné, že se na této změně podílí člověk, který svou činností zvyšuje množství uhlíku v atmosféře. Tento uhlík se do atmosféry dostává hlavně ve formě oxidu uhličitého CO2, který přispívá k zachytávání tepla od slunce a způsobuje tzv. skleníkový efekt.

Problém s oxidem uhličitým v atmosféře

Důležité je uvědomit si, že uhlíku na naší planetě je stále stejné množství. Když roste množství uhlíku v atmosféře, musí ubývat v zemské kůře. V tomto ohledu není dostatečné orientovat se pouze na snižování emisí CO2. Snižování emisí má totiž svoje limity. Nakonec, kdybychom zastavili emise CO2 z dýchání organismů, byla by naše planeta bez života, jehož nedílnou součástí je koloběh uhlíku na naší planetě.

Nové technologie pro zachycování CO2

Ukázalo se, že existuje ještě jedna možnost efektivního zachycování oxidu uhličitého a tím je mořská voda. Právě tam totiž s rostoucí koncentrací uhlíku v atmosféře začíná oxid uhličitý přibývat. Oceán v současné době pohlcuje přibližně 30-40 % všech ročních emisí uhlíku a udržuje stálou volnou výměnu se vzduchem. Pokud z mořské vody odsajeme uhlík, odsajeme ho více i ze vzduchu, abychom obnovili rovnováhu koncentrací.

Předchozím výzkumným týmům se podařilo uvolnit CO2 z mořské vody a zachytit ho, ale jejich metody vyžadovaly drahé membrány a neustálý přísun chemikálií, aby reakce probíhaly. V novém systému prochází mořská voda dvěma komorami. V první se pomocí reaktivních elektrod uvolňují do mořské vody protony, které okyselují vodu a mění rozpuštěné anorganické hydrogenuhličitany na plynný oxid uhličitý, který bublá a je zachycován pomocí účinného odsávání. Poté se voda protlačí do druhé sady článků s obráceným napětím, které tyto protony přivolají zpět a kyselou vodu změní zpět na zásaditou, než ji vypustí zpět do moře. Systém by mohl být integrován s jakoukoli stávající infrastrukturou, která zpracovává mořskou vodu, například s odsolovacím zařízením.

V nové studii zveřejněné v odborném časopise Energy & Environmental Science tým uvádí, že jeho technika vyžaduje energetický příkon 122 kJ/mol, což odpovídá 0,77 MWh na tunu. Tým předpokládá optimalizované náklady kolem 56 USD na tunu zachyceného CO2 - ačkoli není zcela správné srovnávat je přímo s náklady na přímé zachycování vzduchu v celém systému. Studie upozorňuje, že do této částky není zahrnuto vakuové odplyňování, filtrace a “pomocné náklady mimo elektrochemický systém” - jejichž analýzy bude třeba provést zvlášť.

Čtěte také: Bezpečnostní list a ERC

Náklady na zachycování uhlíku

Přímé zachycování uhlíku vzduchem stojí hodně peněz a spotřebuje hodně energie. Většina této energie se nepoužívá k přímému oddělování CO2 ze vzduchu, ale jako tepelná energie k udržování provozní teploty absorbérů nebo jako elektrická energie používaná ke stlačování velkého množství vzduchu do bodu, kdy lze zachycování provádět efektivně. Odhady nákladů za tunu se v roce 2030 můžou pohybovat mezi 300 až 1 000 USD.

Podle portálu Statista.com měla k 1. dubnu 2022 kupodivu nejvyšší sazbu uhlíkové daně na světě Uruguay, a to 137 amerických dolarů za tunu ekvivalentu CO2 (USD/tCO2e). Uruguayská uhlíková daň byla poprvé zavedena od ledna loňského roku. Pro srovnání, Polsko mělo sazbu daně nižší než jeden dolar / tCO2e. Finsko, které jako první země na světě zavedlo v roce 1990 uhlíkovou daň, mělo k 1. dubnu 2022 uhlíkovou daň ve výši 76,69 USD/tCO2e.

Využití zachyceného oxidu uhličitého

Jaké může být využití zachyceného oxidu uhličitého? Lze jej stlačit a distribuovat plynovodem například do skleníků a tím zvýšit pěstební výnosy. Dále se nabízí možnost zpracování na uhličitan vápenatý a ten následně využít jako hnojivo. Existují i další dalekosáhlejší výhody pro lidstvo, i když z hlediska ekonomického ne tak okamžitě přínosné jako třeba v případě výroby syntetických paliv; zvýšené hromadění uhlíku v oceánu v posledních letech již způsobilo problémy s okyselováním, které ohrožuje korálové útesy a měkkýše.

Tým plánuje praktický demonstrační projekt někdy v příštích dvou letech a dodává, že je ještě spousta věcí, na kterých je třeba zapracovat. Vědci by například rádi dokázali oddělit plyn bez vakuového systému.

Přirozené a nucené zachycování uhlíku

Obecně lze říci, že existují dva způsoby, jak zachycovat uhlík odstraněný z atmosféry: přirozená sekvestrace uhlíku (rostliny pohlcují oxid uhličitý ze vzduchu a ukládají ho ve svých tkáních), která trvá řádově 100 let, a nucená sekvestrace uhlíku (např. vtlačování oxidu uhličitého do podzemních hornin nebo ukládání bloků uhlíku na dno oceánu), která trvá nejméně 1 000 let.

Čtěte také: Malé spalovací zařízení a emise

Pouze tisícileté strategie ukládání uhlíku zabrání dalšímu oteplování v důsledku zbytkových emisí uhlíku, uvedli k výsledkům studie v časopise Communications Earth & Environment. Kratší strategie, které zadržují uhlík pouze po dobu 100 let, povedou k jeho opětovnému uvolnění mnohem dříve, než by kompenzované emise přirozeně opustily atmosféru. Výsledkem krátkodobých variant záchytu a vázání uhlíku jsou tedy další nezapočítané emise a oteplování.

Emise CO2 z vysychajících koryt řek

„Materiál, který napadal do vyschlých koryt, čeká na to, až se řeka opět zaplaví. Jedna epizoda zaplavení velkého vysychavého toku může globálně přispět až 10 % k celkovým emisím CO2 z říční sítě. Tento údaj je ale velmi variabilní, protože na spoustě hlavně velkých vysychavých toků nejsou hydrologické stanice, takže vědci nevědí o průtocích, které se tam místy objevují.

Expert potvrdil, že vyschlých koryt řek neustále přibývá i u nás. Jde o přírodní jev, který nejsme schopni ovlivnit. Chyběla přesná data o tom, kolik CO2 z toků odchází, my ale poskytli první relevantní a opravdu měřené číslo. To nám umožní bilancovat úhrny emisí oxidu uhličitého... a stanovit přesnější limity pro vypouštění tohoto skleníkového plynu z průmyslu a dalších zdrojů.

Uvolňování CO2 z karbonizované vody

Čím vyšší je parciální tlak plynu nad roztokem a nižší teplota vody, kterou chceme karbonizovat, tím více oxidu uhličitého se ve vodě rozpustí za vzniku kyseliny uhličité. V lahvích a plechovkách je pak vzniklá karbonizovaná voda uchovávána pod velkým tlakem, aby nedošlo k zpětnému uvolnění oxidu uhličitého. Při otevření vychlazené láhve nebo plechovky s minerální vodou dojde k celkovému snížení tlaku, které způsobí, že oxid uhličitý uvězněný ve vodě z části unikne ve formě bublin. Když následně přelijeme vychlazený nápoj do nějaké sklenice, způsobí toto zvýšení teploty únik oxidu uhličitého za působení vztlaku. Nyní už ale na karbonizovanou vodu nepůsobí takový tlak, jako byl v uzavřené lahvi, ale pouze tlak vzduchu, tudíž eventuálně musí všechen oxid uhličitý uniknout.

Důležité pro tvorbu bublin je, aby nádoba měla tzv. nukleační místa, tedy různé škrábance nebo nerovnosti, které budou v průměru velké přibližně 0,1 - 0,2 μm, což každá běžná sklenice má. Ta se vztlakem uvolní na povrch a vytvoří místo pro vznik další bubliny. Zamícháním nebo zatřepáním karbonizované vody se více molekul oxidu uhličitého dostane k sobě a k nukleačním místům a rychleji se uvolní z kapaliny. Stejně tak například oblíbený pokus vhození bonbonu Mentos do Coly způsobí enormní tvorbu bublin, jelikož bonbon má velmi nepravidelný povrch, na který se mohou molekuly plynu snadno navázat a vytvořit bubliny.

Čtěte také: Uvolňování emisí při výrobě baterií

Vliv divokých prasat na emise CO2

Podle studie uvolňuje prase divoké na celém světě rytím půdy asi 4,9 milionu tun oxidu uhličitého ročně. Vědci vytvářeli modely vycházející z odhadované hustoty populací prasete divokého v různých oblastech. Podle odhadu mohou prasata v současnosti rozrývat mezi 36 000 a 124 000 km2 půdy.

“Ačkoliv se jedná o značný rozptyl, představuje i spodní hranice opravdu velké množství půdy. Pro klima tak může stále rostoucí množství divokých prasat představovat reálnou hrozbu.

“To my lidé jsme prasatům umožnili rozšíření do oblastí, kde se dříve přirozeně nevyskytovala. Měli bychom tento invazní druh začít regulovat, protože může velmi brzy představovat velké riziko pro další vznik emisí skleníkových plynů,” uzavírá spoluautor studie Nicholas Patton.

Závěr

Technologie pro zachycování uhlíku z mořské vody představují slibnou cestu, jak snížit koncentraci CO2 v atmosféře. Je však nutné brát v úvahu energetickou náročnost a ekonomickou efektivitu těchto metod. Důležitá je také podpora přirozených procesů, jako je vázání uhlíku v lesích a půdě. Regulace invazních druhů, jako jsou divoká prasata, může také přispět ke snížení emisí CO2.