Alternative løsninger til opsamling af CO2

Opsamling af CO2 er afgørende for succesfuldt at vende den skade, global opvarmning snart kan påføre vores klima. Der er dog en konflikt mellem, hvad den menneskelige civilisation ideelt set ønsker at opnå, og virkeligheden på stedet. Paris-aftalen markerede en global forpligtelse til at holde stigningen i den globale gennemsnitstemperatur et godt stykke under 2°C over det førindustrielle niveau. 

Mens en oprigtig indsats var påkrævet for at begrænse stigningen til 1.5 grader celsius ved at bevæge sig væk fra fossile brændstoffer, fortsætter kraftværker drevet af kul og gas med at dominere den globale elektricitetssektor, rapporterer International Energy Association (IEA). 

På trods af et globalt ønske om at bevæge sig mere kraftigt mod vedvarende energikilder, er el produceret fra fossile brændstoffer steget med 70 % siden 2000. Kul er fortsat den største brændstofkilde til elproduktion med 38 %, efterfulgt af gas med omkring 20 %. . 

Politikker implementeret globalt er ivrige efter at tackle spørgsmålet om emissioner fra eksisterende kulfyrede kraftværker og de bliver bygget i dag. Alligevel garanterer en reduktion eller et fald i CO2-emissioner ikke fraværet af varmefangende kulstof. IEA foreslår, at selv efter at CO2-emissionerne fra den eksisterende kulfyrede flåde er faldet med cirka 40 %, vil de årlige emissioner stadig udgøre 6 GtCO2 om året i 2040.

I et sådant scenarie ville det ikke være muligt at opfylde vores klimamål ved kun at reducere emissionerne. Alternative løsninger ville være nødvendige for at opfange kulstof, så det kunne udnyttes og opbevares i skala. Men disse løsninger skal være holistisk levedygtige, omkostningseffektive og levedygtige i det lange løb. 

For nylig, i en undersøgelse offentliggjort den 1. maj i tidsskriftet ACS Energy Letters afslørede forskere ved CU Boulder og samarbejdspartnere, at en populær tilgang, som mange ingeniører udforsker for at opfange kulstof, ville mislykkes. 

Holdet af forskere, bestående af forskere, der arbejder ved National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colorado og Delft University of Technology i Holland, stoppede dog ikke ved at påpege fejlen i det eksisterende system, men anbefalede også et alternativ og mere bæredygtigt løsning til ikke kun at opfange kulstof, men også omdanne det til brændstof. 

I de kommende segmenter vil vi se på, hvad den oprindelige løsning anbefalede, hvad dens fejl var, og hvordan disse fejl kunne rettes med en alternativ løsning!

Den originale løsning til at fange kulstof

Med original løsning refererer vi til en af ​​de mest udbredte direkte luftindfangningstilgange, der involverer luftkontaktorer, som er enorme ventilatorer, der trækker luft ind i et kammer fyldt med en basisvæske. Da CO2 er sur i sin kemiske natur, binder den basiske væske sig til og reagerer med den og danner et carbonat eller bicarbonat.

Med CO2 fanget i karbonatet eller bikarbonatet kan ingeniører adskille det fra væsken og omdanne det til produkter som plastik, kulsyreholdige drikkevarer osv. Hvis disse karbonater og bikarbonater gennemgår yderligere forarbejdning, kan de endda fungere som brændstof til at drive boliger og, potentielt flyvemaskiner. På den anden side vender grundvæsken tilbage til kammeret for at opfange mere CO2. 

Selvom løsningen ser ud til at være et perfekt arrangement til at fange kulstof og upcycle det til videre brug, er der et problem.

Klik her for at lære, hvordan håndtering af metan kan være nøglen til at opfylde globale klimamål.

Problemet med den originale løsning

Problemet ligger i, hvordan carbonat eller bikarbonat er adskilt fra væsken. Frigivelse af den indespærrede CO2 kræver, at virksomheder opvarmer carbonat- og bikarbonatopløsningen til mindst 900˚C (1,652°F). Denne er en temperatur, som vedvarende energikilder som sol og vind ikke kan opnå. Og derfor kræver det at opnå denne temperatur afbrænding af fossilbaserede brændstoffer som naturgas eller ren metan.

Mens vi taler om denne fangst skjult i systemet, Wilson Smith, professor ved Institut for Kemi- og Biologisk Teknik og stipendiat ved Instituttet for vedvarende og bæredygtig energi på CU Boulder havde følgende at sige, som i det væsentlige opsummerer problemet:

"Hvis vi skal frigive CO2 for at opfange CO2, besejrer det hele formålet med kulstoffangst."

 Det gode er, at forskere gik ud over opgaven. Udover at påpege systemets fejl, foreslog de et alternativ, der kunne afhjælpe uoverensstemmelsen. 

Den alternative kur mod den originale løsning

Forskerne foreslog at implementere den reaktive opsamlingsproces for at løse problemet. De anbefalede dog at justere den reaktive opsamlingsprocess konventionelle område. 

Reaktiv indfangning, i sin traditionelle form, refererer til en proces, hvor elektricitet påføres carbonat- og bikarbonatopløsningerne, hvorved CO2 og basisk væske skilles fra hinanden i kammeret. Det kaldes også et lukket kredsløb, der kan opfange mere CO2 i sin genbrugte flydende form. 

Men i dette tilfælde bemærkede forskerne en ulempe. Den så, at i industrielle omgivelser ville elektricitet ikke kunne regenerere grundvæsken for at genindfange mere CO2 fra luften. Det ville være så ineffektiv en proces i sin oprindelige form, at efter fem cyklusser med kulstoffangst og regenerering ville grundvæsken næppe være i stand til at trække CO2 ud af luften. 

Forskerne anbefalede at tilføje elektrodialyse til processen som en løsning. Denne metode tilbyder flere fordele. Primært kan den køre på vedvarende elektricitet. Derudover kan den opdele mere vand i sure og basiske ioner, hvilket opretholder den basiske væskes evne til at absorbere mere CO2. Wilson Smith kaldte dette holds præstation for "løsning af flere problemer med én teknologi", og med rette!

Selvom det er forskeres opgave at innovere nye løsninger og finjustere de eksisterende for at øge effektiviteten, har virksomheder og virksomheder også et ansvar, og mange virksomheder klarer sig godt i at varetage det ansvar. I nedenstående segmenter vil vi se på et par af sådanne virksomheder, der er kommet med innovative, effektive løsninger på dette område. 

Klik her for at vide, om det er en levedygtig løsning at fange kulstof i havene.

# 1. Grafik

Graphyte positionerer sig som verdens første og eneste løsning til fjernelse af kuldioxid, der er holdbar, overkommelig i pris og øjeblikkeligt skalerbar. Inden for holdbarhed hævder Graphyte, at deres løsninger er i stand til at fjerne kuldioxid i mere end tusind år.

Med hensyn til overkommelighed stiller virksomheden sine løsninger til rådighed til en udjævnet produktionsomkostning på mindre end 100 USD/ton og i skalerbarhed hævder virksomheden at være i stand til at skalere til et niveau, hvor fjernelse af milliarder af tons kulstof er en opnåelig mulighed. 

Graphytes specifikke metode følger tilgangen fra Carbon Casting, som udnytter let tilgængelig biomasse, såsom rester fra tømmer og landbrugsaktiviteter. Grafyt tørrer op og komprimerer denne biomasse for at omdanne den til tætte kulstofblokke. Disse blokke kommer med en miljømæssig sikker uigennemtrængelig barriere, der sikrer sikker opbevaring på avancerede underjordiske steder. 

Da Barclay Rogers, virksomhedens grundlægger og administrerende direktør, talte om Graphytes metode, sagde han følgende:

"Kulstofstøbning lader naturen effektivt udføre arbejdet med at opfange CO2 og udnytter derefter ingeniørteknikker til at lagre det i klimarelevante tidsrammer. Det er en løsning, der kan gøres hvor som helst, som vil ændre markedet, og endnu vigtigere, som vil hjælpe med at redde planeten." 

Kulstofstøbning kan opretholde næsten alt det kulstof, der er opsamlet i biomassen og bruger meget lidt energi. Det er en billig, men holdbar proces til fjernelse af kulstof, der kombinerer fotosyntese med praktisk teknik. 

Graphytes potentiale har hjulpet virksomheden med at opnå investorernes tillid og troværdighed. Den afsluttede sin Finansieringsrunde i serie A med i alt 30 millioner USD. Runden blev i fællesskab ledet af Prelude Ventures og Carbon Direct Capital og omfattede også bidrag fra nuværende investorer som Breathable Energy Ventures og Overture. 

Mens egenkapitalfinansierede innovative ventures som Graphyte er dukket op med deres nye tidsalderløsninger, er der veletablerede offentlige virksomheder som Linde, der har vovet sig ind i adsorptionsbaseret kulstoffangst og kuldioxidgenvinding. 

# 2. Linde

HISORP® CC adsorptionsbaseret kulstoffangningsopløsning, den seneste tilføjelse til Lindes portefølje af kulstofopsamling, supplerer deres gennemprøvede PSA- (pressure swing adsorption) og membranteknologier. 

HISORP CC-løsningen adskiller CO2 fra procesgasser over en lang række CO2-tilførselskoncentrationer. Den udnytter adskillige Linde-teknologier, herunder tryksvingningsadsorption (PSA), kryogen separation og kompression, for at opnå en indfangningshastighed på mere end 99 %, 99.7 % for at være præcis. 

En af de største fordele ved denne løsning er, at den kører på energi fra vedvarende energikilder. Regenereringsprocessen kræver ikke damp, hvilket sikrer et minimalt kulstofaftryk. 

Desuden er HISORP CC en lav-CAPEX- og lav-OPEX-teknologi med et minimalt specifikt energiforbrug og fås næsten uden ekstra omkostninger til opløsningsmiddelhåndtering, makeup, og håndtering. 

Linde har sikret, at teknologien forbliver bredt kompatibel og inkluderende, så den kan kombineres med hele spektret af Linde-løsninger, herunder dampmethanreformering (SMR), automatisk termisk reformering (ATR), partiel oxidation (POX) eller forgasning. Det er befordrende for integration i eksisterende og nye anlæg til SMR, POX og ATR, selv med øget brintproduktion.

I 2023 registrerede Linde sig som en førende global industrigass- og ingeniørvirksomhed en omsætning på 33 milliarder USD. 

Mens virksomheder er forpligtet til deres mål, er læring og udveksling mellem virksomheder og forskningsinstitutioner gensidig. I det afsluttende segment ser vi på teknologisk forskning i dette rum, der kan transformere fremtiden for kulstoffangst ved at gøre det mere effektivt og effektivt. 

The Future of Carbon Capture: Et værktøj med transformativt potentiale

I juli 2024 foreslog en gruppe forskere en holistisk platform for accelererer sorbent-baseret kulstoffangst. De navngav platformen PrISMa, som står for Process-Informed Design of skræddersyede Sorbent Materials. 

Platformen forsøgte at gøre den storstilede udbredelse af kulstoffangstteknologier mere kulstofeffektive. Det understregede at bringe de fragmenterede komponenter og dem, der implementerer dem under en paraply. 

Mens kemikere tidligere fokuserede på materialedesign og ingeniører på optimering af processer, integrerede PrISMa-platformen materialer, procesdesign, teknoøkonomi og livscyklusvurdering. Den sammenlignede mere end 60 casestudier af opsamling af CO2 fra forskellige kilder i 5 globale regioner ved hjælp af forskellige teknologier. 

Den informerede derefter samtidig forskellige interessenter om omkostningseffektiviteten af ​​teknologier, proceskonfigurationer og lokationer. Det afslørede også de molekylære egenskaber ved top-performerende sorbenter og gav praktisk indsigt i miljøpåvirkninger, co-fordele og afvejninger. Det endelige output havde til formål at forene interessenter på et tidligt forskningsstadium og fremskynde udviklingen af ​​kulstofopsamlingsteknologi i kapløbet mod en verden uden nul.

Forskere med ansvar for at udvikle PrISMaBerend Smit fra EPFL og Susana Garcia fra Heriot-Watt University er meget optimistiske med hensyn til metodens anvendelighed i det virkelige liv. Ifølge professor Berend Smit:

"Denne innovative tilgang accelererer opdagelsen af ​​top-performante materialer til kulstoffangst, der overgår traditionelle prøv-og-fejl-metoder."

PrISMa rummer et betydeligt potentiale for fremtiden. Ved at bruge eksperimentelle data og molekylære simuleringer kan den forudsige adsorptionsegenskaberne af potentielle sorbentmaterialer. 

Det ville i sidste ende føre til, at udviklermiljøet bliver i stand til at træffe informerede valg. PrISMas proceslagsegenskaber gør det muligt at måle og benchmarke ydeevnen af ​​​​CO2-opsamlingsløsninger ved at hjælpe forskere med at beregne procesydelsesparametre, såsom renhed, genvinding og energibehov.

En afgørende parameter, der afgør om en videnskabelig eller teknologisk løsning er dens økonomiske levedygtighed. Prisma kan vurdere den økonomiske og tekniske levedygtighed af et CO2-opsamlingsanlæg. Endelig kan den evaluere miljøpåvirkningerne over hele anlæggets livscyklus og dermed sikre omfattende bæredygtighed.

Alt i alt er PrISMa intet mindre end revolutionerende eller transformerende. 

Vi startede vores diskussion med en bredt vedtaget løsning blev fundet at være utilstrækkelig og selvdestruktiv. Nu, med PrISMa til rådighed for det videnskabelige samfund, ville det være muligt at udtænke løsninger, der ville være miljøeffektive, skalerbare og omkostningseffektive fra dag nul.

Klik her for en liste over de bedste kulstoffangstaktier at investere i.