CO2 neutral: Cesta k skutočne udržateľnej výrobe geotermálnej energie

Je geotermálna energia skutočne CO₂ neutral? Energia zo zeme, ktorá sa dlho považuje za čistý a spoľahlivý zdroj, čelí novým výzvam v ére klimatických zmien. Nedávne udalosti podčiarkli jej kľúčovú úlohu v energetickom mixe. Podľa správy Medzinárodnej agentúry pre energiu (IEA) z roku 2023, geotermálna energia preukázala svoju odolnosť voči klimatickým extrémom, ktoré ovplyvnili iné obnoviteľné zdroje.

Michal Mašek, projektový manažér v spoločnosti PW Energy, poznamenáva: “Geotermálna energia má potenciál byť stabilným základom nášho energetického systému, nezávisle od rozmarov počasia.” Spoločnosť PW Energy realizuje projekt výstavby vôbec prvých geotermálnych elektrární na Slovensku.

Konvenčná vs. moderná geotermálna energia

Je dôležité rozlišovať medzi konvenčnou a modernou geotermálnou energiou. Konvenčné systémy, bežne využívané v oblastiach s vysokoteplotnými zdrojmi, môžu produkovať určité množstvo emisií CO₂, nakoľko geotermálna voda prichádza do priameho kontaktu s ovzduším, čo spôsobuje odplyňovanie látok, ktoré sú inak v tlakových podmienkach geotermálnych kolektorov rozpustené v geotermálnej vode. 

Naproti tomu moderné systémy využívajúce binárne elektrárne, zväčša na báze Organického Rankinovho Cyklu (ORC), ako tie plánované na Slovensku, využívajú uzatvorené okruhy. Tie úplne eliminujú produkciu emisií počas prevádzky takýchto zariadení tým, že geotermálna voda sa do priameho kontaktu s ovzduším nedostáva. Namiesto toho sa za rovnakých tlakových pomerov reinjektuje naspäť do geotermálneho kolektora.

Štúdia Medzivládneho panelu pre zmenu klímy (IPCC) poskytuje komplexnejší pohľad na emisie rôznych zdrojov energie počas ich celého životného cyklu tzv. Life Cycle Assessment (LCA). Do nej sú započítané všetky potenciálne dopady na životné prostredie a to nie iba počas prevádzky. Rovnako aj počas výstavby, uvedenia do prevádzky ako aj likvidácie zariadení. Vyjadrujú sa v ekvivalente CO₂ na vyprodukovanú kilowatt hodinu. Podľa tejto štúdie konvenčné geotermálne elektrárne, ktoré priamo využívajú paru z geotermálnej vody, produkujú v priemere 38 kgCO₂eq na MWh. 

Pre porovnanie, uvedená štúdia uvádza hodnoty pre strešnú fotovoltiku na úrovni 41 kgCO₂eq na MWh, pre elektrinu z biomasy na úrovni 230 kgCO₂eq na MWh a elektrinu z plynu na úrovni 490 kgCO₂eq na MWh. LCA je dôležitý ukazovateľ, ktorý zhodnocuje reálny dopad výroby elektrickej energie z daného zdroja na životné prostredie. Emisie produkované (alebo aj neprodukované) počas prevádzky sú totiž iba zlomok vplyvu týchto zariadení na životné prostredie. 

Je dôležité zdôrazniť, že moderné geotermálne systémy s uzavretými okruhmi, aké plánuje realizovať spoločnosť PW Energy na Slovensku, majú podľa IPCC hodnoty emisií podľa LCA blízke nule, okolo 6 kgCO₂eq na MWh. Michal Mašek vysvetľuje: “V našich systémoch geotermálna voda neprichádza do kontaktu s ovzduším. V geotermálnom okruhu udržiavame tlak ako je v kolektore, čo zabraňuje uvoľňovaniu plynov. Všetky plyny sa v kvapalnej forme, tak ako sú v kolektore, vrátia naspäť do podzemia.”

Pre lepšiu predstavu, výroba 1 MWh energie vyrobenej modernou geotermálnou elektrárňou s využitím ORC, pokryje spotrebu elektriny približne 69 priemerných slovenských domácností. Z pohľadu produkcie CO₂, ide o množstvo, ktoré vytvorí priemerné osobné auto v EÚ počas cesty dlhej len 52 km. To je vzdialenosť zhruba z Bratislavy do Trnavy.

CO₂ neutral: Inovácie v znižovaní emisií

Aj keď geotermálna energia patrí medzi najčistejšie zdroje, vývoj ide neustále dopredu. Pre konvenčné vysokoteplotné systémy s priamym využitím geotermálnej vody či pary výskumníci z GNS Science prišli s prevratným riešením – spoločným vstrekovaním CO₂ s geotermálnou soľankou späť do podzemných rezervoárov. 

Tento prístup prináša trojitý efekt:

1. Znižuje emisie a uhlíkovú daň
2. Spomaľuje usadzovanie oxidu kremičitého
3. Využíva CO₂ ako “čistiaci prostriedok” na odstraňovanie kalcitu

Michal Mašek k tomuto dodáva: “Tento prístup je fascinujúcim príkladom toho, ako môžeme premeniť problém na riešenie v konvenčných systémoch. Využitie CO₂ na zvýšenie efektivity geotermálnych systémov je skutočne inovatívne.”

V prípade uzavretých systémov, aké plánuje PW Energy, sa situácia líši. Mašek vysvetľuje: “V našich uzavretých systémoch sme sa na problematiku CO₂ pozerali z inej perspektívy. Zvažovali sme možnosť vyňatia CO₂ z geotermálnej vody za účelom jeho predaja. Avšak, po konzultácii s geológmi sme od tohto zámeru upustili.” 

Zároveň dopĺňa: “Upozornili nás, že by to mohlo mať negatívny dopad na chemizmus v geotermálnom kolektore, čo by mohlo viesť k inkrustácii a uzatváraniu priechodných častí kolektora, cez ktorý preteká voda. Preto sme sa rozhodli ponechať CO₂ v geotermálnej vode, čo zároveň podporuje udržateľnosť a stabilitu celého systému.”

Paralelne s GNS Science výskumom pracujú vedci na Univerzite v Aucklande na metóde premeny zachytených skleníkových plynov na horninu. Tento proces, známy ako minerálna sekvestrácia, spočíva v zachytení CO₂ z geotermálnej pary. Následne jeho rozpustení vo vode pod vysokým tlakom a následnom vstrekovaní tohto roztoku späť do podzemných geologických formácií. 

V podzemí CO₂ reaguje s minerálmi v hornine, čím vznikajú nové, stabilné minerály ako kalcit. Dr. Eylem Kaya z výskumného tímu vysvetľuje: “Táto technológia by mohla transformovať celé odvetvie a posunúť ho od nízkych emisií k nulovým.” 

Dlhodobé účinky geotermálnej energie na emisie CO₂

Štúdia geotermálnej elektrárne Ohaaki na Novom Zélande priniesla prekvapivé zistenia o dlhodobom vplyve na emisie CO₂. Vedci analyzovali emisie počas 300-ročného obdobia a zistili zaujímavý vzorec:

1. Pred výstavbou elektrárne geotermálny systém prirodzene uvoľňoval určité množstvo CO₂ do atmosféry.
2. Počas prevádzky elektrárne sa emisie CO₂ zvýšili nad túto prirodzenú úroveň.
3. Po odstavení elektrárne však emisie klesli nielen na pôvodnú úroveň, ale dokonca pod ňu.

Prečo sa to stalo? Počas fungovania elektrárne sa časť CO₂ z podzemného rezervoára vyčerpala. To znamená, že po ukončení prevádzky zostalo v zemi menej CO₂, ktoré by mohlo prirodzene unikať.

Keď vedci spočítali celkové množstvo CO₂ uvoľnené do atmosféry za celých 300 rokov, zistili, že je približne rovnaké, ako keby elektráreň nikdy nebola postavená. Inými slovami, zvýšené emisie počas prevádzky vyvažujú znížené emisie po jej ukončení.

Mašek k tomuto zisteniu poznamenáva: “Tieto výsledky zdôrazňujú dôležitosť dlhodobého pohľadu pri hodnotení environmentálnych dopadov energetických zdrojov. V prípade konvenčnej geotermálnej energie, v rámci ktorej dochádza k uvoľňovaniu CO₂, je to dôkazom dlhodobej neutrality emisií CO₂, čo sa o iných zdrojoch povedať nedá.”

Takýto prístup k dátam je kľúčový pri posudzovaní budúcnosti geotermálnej energie v globálnom kontexte. Keď porovnáme emisie CO₂ z rôznych zdrojov energie, výhody geotermálnej energie sa stávajú ešte zrejmejšími. 

Inovatívne prístupy, ako napríklad kombinácia geotermálnej energie s priamym zachytávaním CO₂ zo vzduchu, ktorú vyvíjajú výskumníci z Ohio State University, naznačujú, že geotermálna energia by mohla v budúcnosti nielen produkovať čistú energiu, ale aj aktívne znižovať koncentráciu CO₂ v atmosfére.

Slovenské geotermálne inovácie

Slovensko má svoj vlastný prístup k využívaniu geotermálnej energie. Mašek vysvetľuje: “Na Slovensku nemáme výrazne vysoký geotermický gradient, ako napríklad na Islande, alebo v krajinách tzv. Ohnivého kruhu. Preto je na výrobu elektrickej energie nevyhnutné využiť uzatvorené okruhy (geotermálny aj pracovný) v rámci tzv. binárnej elektrárne na báze ORC (Organický Rankinov Cyklus). Súvisiaci efekt je, že pri udržaní tlakových pomerov v primárnom geotermálnom okruhu, udržíme v geotermálnej vode všetky plyny. Tie sú následne reinjektované naspäť do geotermálneho kolektora a preto vôbec neprichádza k ich uvoľňovaniu.”

Tento prístup má niekoľko výhod:

1. Bezemisná prevádzka zariadenia
2. Dlhodobá udržateľnosť geotermálneho kolektora
3. Účinnejšia ochrana životného prostredia

Mašek dodáva: “Tento technologický spôsob ukazuje, že aj bez prístupu k vysokoteplotným geotermálnym zdrojom vieme využívať geotermálnu energiu na výrobu elektriny. A to spôsobom, ktorý je voči životnému prostrediu maximálne šetrný.”

Konvenčná geotermálna energia v súčasnosti prechádza významnou transformáciou, hľadá cestu byť CO₂ neutrálna. Inovácie ako spoločné vstrekovanie CO₂ s geotermálnou soľankou, premena CO₂ na horninu, či už používaný prístup cez ORC systémy, otvárajú nové možnosti pre udržateľnú produkciu energie.

Michal Mašek z PW Energy uzatvára: “Geotermálna energia má sľubnú budúcnosť. S pokračujúcim výskumom a inováciami sa môže stať kľúčovým hráčom v boji proti klimatickým zmenám a zabezpečení stabilnej, čistej energie pre budúce generácie.”