CO2 ieguve no gaisa ir tehniski iespējama

CO2 ir nepieciešams fotosintēzes procesa nodrošināšanai, un Latvijā siltumnīcu lielsaimniecības izmanto augu piebarošanu ar ogļskābo gāzi jau kopš astoņdesmito gadu beigām. Sākumā tika izmantota siltumnīcas gaisa bagātināšana ar attīrītajām katlumājas dūmgāzēm, vēlāk saimniecības sāka izmantot tīru CO2 no firmas AGA.

Jau sen ir zināms, ka saulainā laikā pie aizvērtiem vēdlogiem augi siltumnīcā spēj patērēt visu CO2 vienas divu stundu laikā atkarībā no gaisa apjoma siltumnīcā. Nīderlandē vairākus gadu desmitus siltumnīcās izmantoja naftas pārstrādes procesā radīto CO2, bet tieši pēdējos gados naftas rūpnīcas nolēma, ka tām ir lētāk iepumpēt ogļskābo gāzi zemes dzīlēs, nekā transportēt to uz siltumnīcām. Pasaulē plaši attīstās tā sauktās vertikālās fermas, kurām arī ir nepieciešama augu piebarošana ar CO2.

Process nerada papildu emisijas

Jau vairākus gadus norisinās pētījumi par iespēju iegūt CO2 no gaisa (DAC – Direct Air Capture), pie tā strādā vairākas firmas, un nu ir radīti pirmie tehniskie risinājumi, kurus ir iespējams komerciāli lietot praksē. Svarīgi, ka 

šis process pats nerada papildu CO2 emisijas, jo tiek izmantota elektroenerģija no saules paneļiem vai vēja ģeneratoriem. Vēl viena šāda risinājuma priekšrocība ir iespēja tirgot emisiju kvotas.

Nīderlandes firma Skytree ir radījusi jau vairākus dažādas jaudas modeļus CO2 ieguvei no gaisa tālākai izmantošanai siltumnīcās. Šo mašīnu darbības princips ir šāds: ventilatori dzen gaisu cauri vertikāliem režģa paneļiem, kas satur īpašu poraino granulēto materiālu, tas selektīvi absorbē CO2. Pašu paneļu materiāls ir gaisa caurlaidīgs, bet gana smalks, lai granulāts neizbirtu. Granulas lēnām nolaižas no augšas lejā, ātrums ir aprēķināts tā, lai granulas uzkrātu maksimālu CO2 daudzumu. Kad granulas ir pilnas ar ogļskābo gāzi, tās pārvieto uz aparātiem, kuros granulas tiek uzsildītas, un vakuuma vidē CO2 atbrīvojas.

Granulu materiāls aizvien tiek pilnveidots

Granulu materiālu ir iespējams izmantot atkārtoti 60 mēnešus, pirms tas degradē un jānomaina. Protams, tiek plānots, ka pa šo laiku materiāls tiks pilnveidots, tā uzkrāšanas spēja tiks palielināta un enerģijas patēriņš uz vienu tonnu CO2 samazināsies. Un šis ir pats aktuālākais jautājums, jo CO2 saturs gaisā ir niecīgs (lai nu ko mums stāstītu vides aktīvisti) – tikai 360–400 ppm jeb 0,036–0,04%. Lai gūtu ražas pieaugumu, šo saturu ir nepieciešams vismaz dubultot.

Svarīgi, ka granulas kopā ar CO2 saista arī gaisa mitrumu. Normāli tas ir viens kilograms ūdens kopā ar vienu kilogramu ogļskābās gāzes, bet, mainot materiāla sastāvu, ir iespējams mainīt arī šo proporciju.

Piemēram, Tuvajos Austrumos, kur trūkst ūdens, ir iespējams kopā ar CO2 gūt vairāk ūdens no gaisa. Šis ūdens ir pietiekami tīrs, lai to varētu izmantot augu laistīšanai. Aparāta Cumulus iegūtais ūdens, pēc Vāgeningenes universitātē veikto pētījumu datiem, satur nedaudz vairāk vara (Cu), bet lielāks modelis – Stratus – ražo tīru ūdeni.

Pašlaik granulu materiāls spēj saistīt 10–20% CO2, bet ražotāji uzskata, ka to ir iespējams pilnveidot un palielināt CO2 saistspēju. Svarīgi, ka materiāls saista tikai CO2, tāpēc to var izmantot arī CO2 ieguvei no dažādām dūmgāzēm.

Aparāts Cumulus spēj saistīt 24 kg CO2 diennaktī, tas ir piemērots izmantošanai pētījumos un vertikālajās fermās. Savukārt Stratus spēj saistīt 1000 kg CO2 diennaktī, to jau var izmantot komerciālajās siltumnīcās.

Tiek plānots ar laiku radīt vēl efektīvāku šā aparāta versiju. Firmas Skytree mērķis ir sasniegt efektivitāti 1400–1500 kg CO2 diennaktī. Šo modeli ir iespējams integrēt jau esošajā siltumnīcu saimniecībā, tas ir iebūvēts četros jūras konteineros. Nīderlandē pēdējos gados siltumnīcu saimniecības veido lielus masīvus (200–300 ha vienuviet), tā sauktos agriportus, tajos ir iespējams uzstādīt arī vairākus šādus aparātus kolektīvai lietošanai. Svarīgi, ka abi modeļi ražo ļoti tīru CO2, faktiski bez citu gāzu piemaisījumiem – Cumulus ražotā CO2 tīrība sasniedz 94%, Stratus – 98–99%.

Vāgeningenas universitātes izmēģinājumi ar gurķiem (kas ir ļoti piemaisījumu jutīgi) pierādīja, ka ražība, piebarojot ar Cumulus radīto CO2, neatšķiras no tradicionāli praksē izmantojamā CO2 no naftas pārstrādes rūpnīcām. Tas nozīmē, ka CO2 var tieši dozēt siltumnīcā, uzturot vēlamo CO2 koncentrāciju gaisā.

CO2 dozēšanu var pieskaņot arī elektroenerģijas tirgus situācijai

Pirmie prototipi patērēja 6–7 kWh elektroenerģijas 1 kg CO2 ieguvei, bet pašreizējie aparāti patērē tikai 2,5 kWh/kg. Ja siltumnīcu saimniecība pērk un pārdod elektroenerģiju par biržas cenām, ir iespējams ieslēgt un izmantot aparātu visizdevīgākajos periodos.

Audzētāji var pieskaņot CO2 dozēšanu ne tikai augu vajadzībām, bet arī elektroenerģijas tirgus situācijai, kaut gan augiem ir labāk, ja CO2 ir pieskaņots gaismas intensitātei. CO2, ko iegūst brīžos, kad tas nav vajadzīgs augiem, ir iespējams uzkrāt augstspiediena tvertnēs gan gāzveidā, gan sašķidrinātu zem spiediena 19–20 bar (tas ir 100 reižu vairāk nekā gāzveida). Tas prasa papildu 0,3 kWh/kg enerģijas.