σε μία περίοδο μετάβασης προς την πράσινη ενέργεια και την απανθρακοποίηση της οικονομίας. Το σημείο καμπής αποτέλεσε η Συμφωνία των Παρισίων (Paris Agreement) του 2016, σύμφωνα με την οποία όλα τα κράτη-μέλη της υποχρεούνται να μειώσουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου τους και να συνεργαστούν για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής, σηματοδοτώντας την στροφή προς έναν κόσμο καθαρής ενέργειας και μηδενικών εκπομπών.
Επόμενο βήμα αποτέλεσε η Ευρωπαϊκή Πράσινη Συμφωνία, μέσω της οποίας όλες οι χώρες της ΕΕ υποχρεώνονται σε σταδιακή κατάργηση των ορυκτών καυσίμων και στην επίτευξη μηδενικών εκπομπών. Η στρατηγική της Ευρωπαϊκής Πράσινης Συμφωνίας υπογραμμίζει τον καθοριστικό ρόλο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ) για την απαλλαγή από τις ανθρακούχες εκπομπές. Ωστόσο, οι ΑΠΕ όπως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια, απαιτούν την ανάπτυξη συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας για την αύξηση της ασφάλειας του εφοδιασμού. Επιπλέον, οι στόχοι της ΕΕ για το κλίμα δεν μπορούν να επιτευχθούν χωρίς σημαντική δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) σε τομείς όπως η βιομηχανία τσιμέντου, σιδήρου, χάλυβα ή λιπασμάτων. Λαμβάνοντας υπόψη την τρέχουσα ενεργειακή κρίση, είναι επίσης επιτακτική ανάγκη χρήσης και άλλων σταθερών πηγών όπως η γεωθερμία.
Σε αυτές τις επιτακτικές ανάγκες έρχεται να προτείνει λύσεις μία καινοτόμα και ανερχόμενη τεχνολογία που αφορά παραγωγή ηλεκτρο-θερμικής ενέργειας που βασίζεται στο CO2 και στη γεωλογική αποθήκευση, όπως αναπτύσσεται στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού έργου CEEGS.
Που έγκειται όμως η καινοτομία της τεχνολογίας παραγωγής ηλεκτρο-θερμικής ενέργειας που βασίζεται στο CO2 και στη γεωλογική αποθήκευση;
Η τεχνολογία αυτή αναπτύσσει ένα διεπιστημονικό σύστημα αποθήκευσης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, το οποίο θα συνεισφέρει στην πρόοδο για την ενεργειακή μετάβαση και την απανθρακοποίηση της Ευρώπης. Πρόκειται για μια τεχνολογία που συνδυάζει: (α) ένα σύστημα υπόγειας αποθήκευσης ενέργειας από ΑΠΕ βασιζόμενο στον υπερκρίσιμο κύκλο του CO2, (β) τη γεωλογική αποθήκευση CO2 και (γ) τη γεωθερμική ενέργεια. Έτσι, συνδυάζει τρεις διαφορετικούς τομείς που βρίσκονται στο επίκαιρο της επιστημονικής και τεχνολογικής κοινότητας για επίτευξη κλιματικής ουδετερότητας: (α) τον κλάδο των ΑΠΕ, (β) τον κλάδο της γεωλογικής αποθήκευσης CO2, και (γ) τον τομέα της γεωθερμικής ενέργειας.
Εικόνα 1: Σχηματική απεικόνιση της τεχνολογίας παραγωγής ηλεκτρο-θερμικής ενέργειας με CO2 και γεωλογική αποθήκευση
Συγκεκριμένα, πλεονάζουσα πράσινη ενέργεια (ηλιακή ή αιολική) θα τροφοδοτεί ένα σύστημα ψύξης και θέρμανσης του υπερκρίσιμου CO2. Το υπερκρίσιμο CO2 θα χρησιμοποιηθεί ως ενδιάμεσο ρευστό λειτουργίας, δημιουργώντας υπερπίεση μεταξύ των γεωτρήσεων έγχυσης στο έδαφος και παραγωγής (εξόδου), λόγω της διαφορετικής πυκνότητας. Έτσι, θα λειτουργεί ένα σύστημα κυκλικής ροής: από το θάλαμο θέρμανσης του υπερκρίσιμου CO2 μία αντλία θερμότητας CO2 θα τροφοδοτεί την είσοδο του CO2 στον ταμιευτήρα. Το υπερκρίσιμο CO2 κατά την εκτόνωσή του θα εξέρχεται από τον ταμιευτήρα μέσω της αντίστοιχης γεώτρησης εξόδου, η οποία θα συνδέεται με μία γεννήτρια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι, το κατά την εκτόνωσή του εξερχόμενο CO2 θα τροφοδοτεί αυτήν την γεννήτρια CO2, η οποία θα παράγει ηλεκτρικό ρεύμα διαθέσιμο για το δίκτυο. Με αυτόν τον τρόπο το σύστημα θα συνδυάζει τη γεωλογική αποθήκευση CO2 με την παραγωγή ενέργειας. Τέλος, το σύστημα θα συνδυάζει τη γεωθερμία, καθώς η είσοδος του υπερκρίσιμου CO2 στον ταμιευτήρα θα χρησιμοποιείται για την ταυτόχρονη εξαγωγή γεωθερµικής ενέργειας διαθέσιμης στο δίκτυο. Μια σχηματική απεικόνιση της παραπάνω διαδικασίας παρατίθεται στην Εικόνα 1.
Η τεχνολογία εξετάζεται στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Έργου CEEGS - CO2-based electrothermal energy and geological storage system (https://ceegsproject.eu/)
Το Ερευνητικό Έργο CEEGS εντάσσεται στα πλαίσια του προγράμματος έρευνας και καινοτομίας «Ορίζοντας 2021» (Horizon 2021) της ΕΕ όπου μαζί με το Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ) της Ελλάδας, συμμετέχουν 10 εταίροι-φορείς από 5 χώρες της Ευρώπης (Ελληνικά Πετρέλαια, Πανεπιστήμιο της Σεβίλλης, Ευρωπαϊκή Ομοσπονδία Γεωλόγων (EFG), ερευνητικό κέντρο Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Ισπανικό Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας (CSIC), Γερμανικό Ερευνητικό Κέντρο Γεωεπιστημών (GFZ), Κέντρο Ενεργειακών, Περιβαλλοντικών και Τεχνολογικών Ερευνών (CIEMAT), Ινστιτούτο Κοινωνικών Επιστημών του Πανεπιστημίου της Λισαβόνας (ICS), και CONVERGE!, Lda (παράρτημα του Πανεπιστημίου της Έβορα στην Πορτογαλία).
Οι πιο πρόσφατες εξελίξεις σε αυτή την τεχνολογία αφορούν τον έλεγχο των υποψήφιων γεωλογικών σχηματισμών που θα μπορούσαν να αποτελέσουν πιθανούς ταμιευτήρες αποθήκευσης CO2 για την εύρεση της βέλτιστης λύσης και περιλαμβάνουν:
i. Την κατανόηση των επιφανειακών, γεωτρητικών και υπεδάφειων παραμέτρων των γεωλογικών σχηματισμών, και τον καθορισμό των επιτρεπτών συνθηκών για καθεμία από αυτές ώστε το σύστημα να είναι βιώσιμο.
ii.Τη μελέτη των γεωχημικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των πιθανών ταμιευτήρων αποθήκευσης με το CO2. Στόχος είναι η ανάλυση νέων ορυκτολογικών φάσεων που σχηματίζονται, και που θα μπορούσαν να προκαλέσουν αλλαγές στις φυσικοχημικές παραμέτρους του ταμιευτήρα.
Η διαδικασία μελετά τις γεωχημικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πετρωμάτων του ταμιευτήρα, των αερίων προς αποθήκευση (H2 ή CO2), και των υδατικών φάσεων του ταμιευτήρα (άλμη ή υπολειμματικοί υδρογονάνθρακες). Εξετάζονται δύο σενάρια: (α) τα εξαντλημένα πεδία υδρογονανθράκων και (β) οι αλατούχοι υδροφορείς. Τα αποτελέσματα έως τώρα δείχνουν ως πιο υποσχόμενο σενάριο τους αλατούχους υδροφορείς.
Εικόνα 2: Εξεταζόμενα σενάρια γεωλογικών σχηματισμών για αποθήκευση CO2
Η τεχνολογία αυτή προσφέρει ένα επεκτάσιμο σύστημα με δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας υψηλής απόδοσης και υψηλής χωρητικότητας. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αποθήκευση και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, θέρμανση, ψύξη, και μερική δέσμευση CO2.
Η τεχνολογία ελαχιστοποιεί το οικονομικό κόστος και τις επιπτώσεις στην επιφάνεια του εδάφους, αυξάνει την ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας και παρέχει ενέργεια σε διαφορετικές μορφές (ηλεκτρική, γεωθερμική). Έτσι, παρέχει ασφάλεια σε περίοδο υψηλής ζήτησης, ενώ προσφέρει υψηλή ευελιξία λόγω των δυνατοτήτων ενσωμάτωσης σε πολλαπλές εφαρμογές. Επίσης, θα έχει αρνητικό αποτύπωμα CO2, καθώς μέρος του αποθηκευμένου υπόγειου CO2 διαχέεται στο γεωλογικό σχηματισμό, με αποτέλεσμα τη μόνιμη δέσμευση του.
Το ερευνητικό αυτό έργο φιλοδοξεί να εξασφαλίσει μία επιστημονική απόδειξη της τεχνικοοικονομικής βιωσιμότητας της εν λόγω τεχνολογίας, αυξάνοντας το τρέχον επίπεδο τεχνολογικής ετοιμότητας (TRL) από 2 σε 4. Τα σημαντικότερα γνωστικά και τεχνολογικά «κενά» στην παρούσα κατάσταση βρίσκονται στο συνδυασμό μεταξύ των επιφανειακών εξαρτημάτων (του κύκλου του CO2) και των υπόγειων συστημάτων (της υπόγειας αποθήκευσης CO2). Για το σκοπό αυτό πρόκειται να δημιουργηθεί μονάδα επίδειξης με δυναμική 20-kW σε επίπεδο εργαστηριακής κλίμακας, εστιάζοντας κυρίως στον κύκλο του CO2, που, σε συνδυασμό με πειραματικά δεδομένα, θα εστιάσει στις προκλήσεις αυτές με σκοπό την επίλυσή τους. Δεδομένης της επιτυχούς ολοκλήρωσης του πρώτου τριετούς έργου, το ερευνητικό έργο αποβλέπει στον σχεδιασμό ενός δεύτερου συμπληρωματικού επιδεικτικού έργου, με σκοπό τη δημιουργία μίας μεγαλύτερης μονάδας δυναμικής 100 kW που θα ενσωματώνει στοιχεία επιφάνειας αλλά και του υπεδάφους, φτάνοντας TRL 6.
Με την ολοκλήρωση αυτού του σταδίου αναμένεται να έχει καταστεί η τεχνολογία έτοιμη για την εφαρμογή της σε πραγματική κλίμακα. Ένα τρίτο έργο που θα προχωρά την προηγουμένη εφαρμογή ένα βήμα παραπέρα, στοχεύει να φτάσει επίπεδα TRL 7-8, δηλαδή να παραδώσει ένα πραγματικό και ολοκληρωμένο σύστημα που έχει πιστοποιηθεί μέσω δοκιμών και επίδειξης. Το τελικό στάδιο θα περιλαμβάνει τη δημιουργία πιλοτικής μονάδας προ-εμπορικής επίδειξης, ώστε το σύστημα να είναι πλήρως λειτουργικό και ενσωματωμένο σε επιχειρησιακό περιβάλλον.
Η επιτυχής ολοκλήρωση των ερευνητικών δραστηριοτήτων αποτελεί σημαντική καινοτομία για την Ευρώπη, μέσω της ανάπτυξης πρωτοπόρων τεχνολογιών για την επίτευξη της κλιματικής ουδετερότητας έως το 2050, αλλά και της συνεισφοράς στη στρατηγική της Ευρωπαϊκής Ένωσης για το κλίμα και την επίτευξη των όρων της Ευρωπαϊκής Πράσινης Συμφωνίας.
*Λίγα λόγια για τον Δρ. Νικόλαο Κούκουζα, Διευθυντή Ερευνών στο Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων (ΙΔΕΠ) στο Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ)
O Δρ. Νικόλαος Κούκουζας είναι Διευθυντής Ερευνών στο Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων (ΙΔΕΠ) στο Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ). Είναι απόφοιτος της Λεοντίου Σχολής Αθηνών, Γεωλόγος (ΕΚΠΑ), με διδακτορικό δίπλωμα (PhD) Βιομηχανικής Ορυκτολογίας και μεταπτυχιακό δίπλωμα (MSc) από την Αγγλία (Leicester University)μευποτροφία(ΙΚΥ).
Είναι Επιστημονικός υπεύθυνος σε 55 ερευνητικά προγράμματα της ΕΕ. Ο Δρ. Κούκουζας έχει δημοσιεύσει 250 άρθρα σε διεθνή περιοδικά, με 4200 παραπομπές, είναι μέλος Συντακτικών Επιτροπών σε Διεθνή Περιοδικά και Πανεπιστημιακά Συμβούλια, με 30ετή επαγγελματική εμπειρία σε θέματα ενέργειας και περιβάλλοντος. Εθνικός Εμπειρογνώμονας στην Ευρωπαϊκή Επιτροπή, Γενική Διεύθυνση Ενέργειας στις Βρυξέλλες (1999-2003, 2020-2022), μέλος του ΔΣ του ΙΓΜΕ, Πρόεδρος της Επιτροπής Οικονομικής Γεωλογίας, Γεωχημείας και Ορυκτολογίας της Ελληνικής Γεωλογικής Εταιρίας, συντονιστής Εμπειρογνωμόνων της ΕΕ και των χωρών του Κόλπου σε θέματα ενέργειας (2010-2013) και, συντονιστής των Εμπειρογνωμόνων Γεωλόγων για την αποθήκευση υδρογόνου και CO2 στην Ευρωπαϊκή Ομοσπονδία Γεωλόγων (EFG).