Abychom si rozuměli

Než se pustíme do samotné odpovědi, pojďme si vysvětlit pojmy, se kterými se v dotazu i odpovědi pracuje.

Plynné skupenství: látka je „rozptýlená“ (jako vzduch), částice jsou daleko od sebe a snadno se stlačují.

Kapalné skupenství: látka teče (jako voda), částice jsou blíž u sebe, proto zabírá menší objem než plyn.

Kritický bod: konkrétní kombinace teploty a tlaku pro danou látku, při které se přestane dát rozlišit mezi kapalinou a plynem. Nad touto hranicí už existuje jen jeden „sjednocený“ stav.

Superkritický stav: stav látky nad kritickým bodem – není to ani klasický plyn, ani kapalina, ale má vlastnosti obojího.

Superkritický oxid uhličitý (CO₂): oxid uhličitý v tomto zvláštním stavu je mnohem „nahuštěnější“ než plyn, ale zároveň se dokáže šířit horninou podobně jako plyn.

CCS (zachytávání a ukládání CO₂): technologie, kdy se CO₂ zachytí (např. z průmyslu) a uloží hluboko pod zem, kde zůstává právě v superkritickém stavu.

Co s čím porovnáváme?

A teď pojďme na samotnou odpověď. Jak je to tedy s hustotou superkritického oxidu uhličitého (CO₂) při ukládání pod zem? Superkritický CO₂ má skutečně nižší hustotu než kapalný CO₂. Jak tedy může při ukládání zabírat stejné množství menší objem? Na první pohled to může působit jako rozpor. Klíč je v tom, s čím jej porovnáváme.

Při ukládání CO₂ hluboko pod zem se nesrovnává kapalný a superkritický CO₂ mezi sebou. Ve skutečnosti porovnáváme CO₂ jako běžný plyn na povrchu za atmosférického tlaku (cca 1000 hPa) a CO₂ hluboko pod zemí, kde panuje vysoký tlak a teplota nad kritickým bodem (31,1 °C a 73 800 hPa).

Na povrchu je CO₂ velmi řídký plyn s hustotou přibližně 2 kg/m³. V hloubce kolem jednoho kilometru se však vlivem tlaku stává superkritickou tekutinou s hustotou přibližně 500–800 kg/m³. Jeho objem se tedy zmenší vůči plynné formě zhruba stokrát až několikasetkrát.

Něco mezi plynem a kapalinou

Superkritická látka má vlastnosti „někde mezi“ plynem a kapalinou: má hustotu blízkou kapalině, dokáže proudit póry horniny podobně jako plyn a neexistuje zde ostré rozhraní mezi kapalnou a plynnou fází. Tato kombinace vlastností je pro geologické ukládání výhodná. CO₂ z hloubky „neuteče“, protože je uvězněný pod nepropustnou horninou, zachycený v pórech a postupně se částečně rozpouští ve vodě nebo se přeměňuje na minerály. Únik by vyžadoval porušenou geologickou bariéru, což se při výběru úložišť pečlivě hlídá.

Je pravda, že kapalný CO₂ může mít za určitých podmínek ještě vyšší hustotu než CO₂ superkritický – konkrétně tehdy, pokud je pod kritickou teplotou. V hloubkách vhodných pro ukládání (obvykle 800–2500 m) však bývá teplota 40–60 °C a tlak 100 000–200 000 hPa. Za těchto podmínek už kapalná fáze fyzikálně neexistuje a CO₂ je vždy v superkritickém stavu. Mluvíme-li o ukládání CO₂ pod povrch, je proto vhodnější jej porovnávat s plynem na povrchu než se zkapalněným oxidem uhličitým.

Pro Zeptej se vědce odpovídala Kristýna