Alternative løsninger til at fange CO2

At opsamle CO2 er afgørende for at kunne vende den skade, som den globale opvarmning snart kan påføre vores klima. Der er dog en konflikt mellem, hvad den menneskelige civilisation ideelt set ønsker at opnå, og den faktiske situation på jorden. Parisaftalen markerede et globalt løfte om at holde stigningen i den gennemsnitlige globale temperatur godt under 2°C over det førindustrielle niveau. 

Selvom oprigtige bestræbelser var nødvendige for at begrænse stigningen til 1,5 grader Celsius ved at bevæge sig væk fra fossile brændstoffer, fortsætter kul- og gasdrevne kraftværker med at dominere den globale elsektor, rapporterer den International Energy Association (IEA). 

Faktisk, på trods af en global indsats for at gå mere kraftigt over til vedvarende energikilder, er den energi, der produceres fra fossile brændstoffer, steget med 70 % siden år 2000. Kul forbliver den største brændstofkilde til elproduktion med 38 %, efterfulgt af gas med omkring 20 %. 

Politikker, der implementeres globalt, er ivrige efter at tackle udledningen fra eksisterende kulfyrede kraftværker og dem, der bygges i dag. Alligevel garanterer en reduktion eller nedgang i CO2-udledningen ikke fraværet af varmefangende kulstof. IEA antyder, at selv efter at CO2-udledningen fra den eksisterende kulfyrede flåde falder med cirka 40 %, vil de årlige udledninger stadig udgøre 6 GtCO2 pr. år i 2040.

I et sådant scenarie vil det ikke være muligt at nå vores klimamål kun ved at reducere udledningerne. Alternative løsninger vil være nødvendige for at opsamle kulstof, så det kan udnyttes og lagres i stor skala. Men disse løsninger skal være holistisk levedygtige, omkostningseffektive og holdbare på lang sigt. 

For nylig, i en undersøgelse offentliggjort den 1. maj i tidsskriftet ACS Energy Letters, afslørede forskere fra CU Boulder og samarbejdspartnere, at en populær tilgang, som mange ingeniører undersøger for at opsamle kulstof, ville fejle. 

Dog stoppede forskerteamet, bestående af videnskabsfolk fra National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colorado, og Delft University of Technology i Holland, ikke kun ved at påpege fejlen i det eksisterende system, men anbefalede også en alternativ og mere bæredygtig løsning, der ikke kun opsamler kulstof, men også omdanner det til brændstof. 

I de kommende afsnit vil vi se på, hvad den oprindelige løsning anbefalede, hvilke fejl den havde, og hvordan disse fejl kan rettes med en alternativ løsning!

Den oprindelige løsning til at opsamle kulstof

Med den oprindelige løsning refererer vi til en af de mest anvendte direkte luftopsamlingsmetoder, som involverer luftkontakter, store blæsere der trækker luft ind i et kammer fyldt med en basisk væske. Da CO2 er sur i sin kemiske natur, binder den basiske væske sig til og reagerer med den for at danne et carbonat eller bikarbonat.

Når CO2 er fanget i carbonatet eller bikarbonatet, kan ingeniører adskille det fra væsken og omdanne det til produkter som plast, kulsyreholdige drikke osv. Hvis disse carbonater og bikarbonater gennemgår yderligere forarbejdning, kan de endda fungere som brændstof til at forsyne hjem og potentielt fly. På den anden side vender den basiske væske tilbage til kammeret for at opsamle mere CO2. 

Selvom løsningen ser ud til at være en perfekt ordning til at opsamle kulstof og genanvende det til videre brug, findes der et problem.

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

Problemet med den oprindelige løsning

Problemet ligger i, hvordan carbonatet eller bikarbonatet adskilles fra væsken. At frigøre den fangede CO2 kræver, at virksomheder opvarmer carbonat- og bikarbonatløsningen til mindst 900 °C (1 652 °F). Dette er en temperatur, som vedvarende energikilder som sol og vind ikke kan opnå. Derfor kræver opnåelsen af denne temperatur forbrænding af fossile brændstoffer som naturgas eller ren metan.

Mens han taler om dette fald skjult i systemet, Wilson Smith, en professor i afdelingen for kemisk og biologisk ingeniørvidenskab og fellow af Renewable and Sustainable Energy Institute på CU Boulder, sagde følgende, hvilket i bund og grund opsummerer problemet:

“Hvis vi skal frigive CO2 for at opsamle CO2, underminerer det hele formålet med kulstofopsamling.”

 Det positive er, at forskerne gik ud over opgaven. Ud over at påpege systemets fejl foreslog de en alternativ løsning, der kunne afhjælpe uoverensstemmelsen. 

Den alternative kur for den oprindelige løsning

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

Reaktiv opsamling, i sin traditionelle form, refererer til en proces, hvor elektricitet påføres carbonat- og bikarbonatløsningerne, som adskiller CO2 og den basiske væske i kammeret. Det kaldes også et lukket kredsløbssystem, der kan opsamle mere CO2 i sin genanvendte væskeform. 

I dette tilfælde bemærkede forskerne dog en ulempe. De så, at i en industriel indstilling ville elektriciteten ikke være tilstrækkelig til at regenerere den basiske væske for at genopsamle mere CO2 fra luften. Det ville være så ineffektiv i sin oprindelige form, at efter fem cyklusser af kulstofopsamling og regeneration ville den basiske væske næppe kunne trække noget CO2 ud af luften. 

Forskerne anbefalede at tilføje elektrodialyse til processen som en løsning. Denne metode giver flere fordele. Primært kan den fungere på vedvarende elektricitet. Derudover kan den splitte mere vand i sure og basiske ioner, hvilket opretholder den basiske væskes evne til at absorbere mere CO2. Wilson Smith kaldte holdets præstation for at “løse flere problemer med én teknologi”, og med rette!

Mens det er forskernes opgave at innovere nye løsninger og finjustere de eksisterende for at øge effektiviteten, har virksomheder også et ansvar, og mange virksomheder gør et fremragende stykke arbejde med at opfylde dette ansvar. I afsnittene nedenfor vil vi se på et par sådanne virksomheder, der har udviklet innovative, effektive løsninger inden for dette område. 

Klik her for at finde ud af, om fangst af kulstof i oceanerne er en levedygtig løsning.

#1. Graphyte

Graphyte positionerer sig som verdens første og eneste løsning til fjernelse af kuldioxid, der er holdbar, overkommelig og umiddelbart skalerbar. Med hensyn til holdbarhed hævder Graphyte, at deres løsninger kan fjerne kuldioxid i mere end tusind år.

Med hensyn til overkommelighed gør virksomheden sine løsninger tilgængelige til en gennemsnitlig produktionsomkostning på mindre end US$100 per ton, og hvad angår skalerbarhed, hævder virksomheden at kunne skalere til et niveau, hvor fjernelse af milliarder af ton kulstof er en opnåelig mulighed. 

Graphytes specifikke metode følger tilgangen Carbon Casting, som udnytter let tilgængelig biomasse, såsom rester fra træ og landbrugsdrift. Graphyte tørrer og komprimerer denne biomasse for at omdanne den til tætte kulblokke. Disse blokke leveres med en miljøsikker, uigennemtrængelig barriere, der sikrer sikker opbevaring i topmoderne underjordiske anlæg. 

Mens han taler om Graphytes metode, sagde Barclay Rogers, grundlægger og administrerende direktør for virksomheden, følgende:

“Carbon casting lader naturen effektivt udføre arbejdet med at opsamle CO2, og derefter udnytter ingeniørteknikker til at lagre det over klimarelevante tidsrammer. Det er en løsning, der kan implementeres hvor som helst, som vil ændre markedet, og vigtigst af alt, som vil hjælpe med at redde planeten.” 

Carbon casting kan bevare næsten al den kulstof, der er opsamlet i biomassen, og forbruger meget lidt energi. Det er en lavpris, men holdbar proces for kulstoffjernelse, der kombinerer fotosyntese med praktisk ingeniørkunst. 

Graphytes potential har hjulpet dem med at opnå tillid og troværdighed i investorfællesskabet. De gennemførte deres Series A finansieringsrunde med i alt US$30 millioner. Runden blev fællesledet af Prelude Ventures og Carbon Direct Capital og inkluderede også bidrag fra nuværende investorer som Breathable Energy Ventures og Overture. 

Mens aktiebaserede innovative virksomheder som Graphyte er dukket op med deres nye løsninger, findes der veletablerede offentlige virksomheder som Linde, der har bevæget sig ind i adsorption-baseret kulstofopsamling og kuldioxidgenvinding. 

#2. Linde

Den HISORP® CC adsorption-baserede kulstofopsamlingsløsning, den seneste tilføjelse til Lindes portefølje af kulstofopsamling, supplerer deres afprøvede tryk-svingningsadsorption (PSA) og membranteknologier. 

HISORP CC-løsningen adskiller CO2 fra procesgasser over et bredt spektrum af CO2-indgangskoncentrationer. Den udnytter flere Linde-teknologier, herunder tryk-svingningsadsorption (PSA), kryogen separation og kompression, for at opnå en opsamlingsrate på mere end 99 %, præcist 99,7 %.

En af de største fordele ved denne løsning er, at den kører på energi fra vedvarende kilder. Regenereringsprocessen kræver ikke damp, hvilket sikrer et minimalt CO2-aftryk. 

Desuden er HISORP CC en lav-CAPEX og lav-OPEX teknologi med et minimalt specifikt energiforbrug og er tilgængelig næsten uden ekstra omkostninger for opløsningshåndtering, påfyldning, og håndtering. 

Linde har sikret, at teknologien forbliver bredt kompatibel og inklusiv, så den kan kombineres med hele spektret af Linde-løsninger, herunder damp-metan reformering (SMR), autotermisk reformering (ATR), delvis oxidation (POX) eller gasificering. Den er egnet til integration i eksisterende og nye anlæg for SMR, POX og ATR, selv med øget brintproduktion.

I 2023 registrerede Linde, som en førende global industri- og ingeniørvirksomhed, omsætning på US$33 milliarder. 

Mens virksomheder er forpligtet til deres mål, er læring og udveksling mellem virksomheder og forskningsinstitutioner gensidig. I den afsluttende del ser vi på teknologisk forskning inden for dette område, som kan transformere fremtiden for kulstofopsamling ved at gøre den mere effektiv og effektiv. 

Fremtiden for kulstofopsamling: Et værktøj med transformerende potentiale

I juli 2024 foreslog en gruppe forskere en holistisk platform for accelerering af sorbent-baseret kulstofopsamling. De navngav platformen PrISMa, som står for Process-Informed Design of tailor-made Sorbent Materials. 

Platformen forsøgte at gøre den store udrulning af kulstofopsamlingsteknologier mere kulstofeffektiv. Den lagde vægt på at samle de fragmenterede komponenter og dem, der implementerer dem, under ét tag. 

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

Den informerede derefter samtidig forskellige interessenter om omkostningseffektiviteten af teknologier, proceskonfigurationer og placeringer. Den afslørede også de molekylære egenskaber ved top-performerende sorbenter og tilbød handlingsorienterede indsigter om miljøpåvirkninger, co-benefits og afvejninger. Det endelige resultat havde til formål at samle interessenter i en tidlig forskningsfase, hvilket accelererer udviklingen af kulstofopsamlingsteknologi i kapløbet mod en netto-nul verden.

Forskere ansvarlige for udviklingen af PrISMa, Berend Smit ved EPFL og Susana Garcia ved Heriot-Watt University, er meget optimistiske omkring metodens anvendelighed i den virkelige verden. Ifølge professor Berend Smit:

“Denne innovative tilgang accelererer opdagelsen af top-performerende materialer til kulstofopsamling, og overgår traditionelle prøve-og-fejl metoder.”

PrISMa har betydeligt potentiale for fremtiden. Ved at bruge eksperimentelle data og molekylære simulationer kan den forudsige adsorptionsegenskaberne for potentielle sorbentmaterialer. 

Det vil i sidste ende gøre udviklerfællesskabet i stand til at træffe informerede valg. PrISMas proceslagsegenskaber gør det muligt at måle og benchmarke ydeevnen af kulstofopsamlingsløsninger ved at hjælpe forskere med at beregne procespræstationsparametre såsom renhed, genvinding og energikrav.

En afgørende parameter, der kan gøre eller bryde enhver videnskabelig eller teknologisk løsning, er dens økonomiske levedygtighed. PrISMa kan vurdere den økonomiske og tekniske levedygtighed af et kulstofopsamlingsanlæg. Endelig kan den evaluere miljøpåvirkninger over anlæggets hele livscyklus, hvilket sikrer omfattende bæredygtighed.

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

Vi startede vores diskussion med en bredt anvendt løsning, der blev fundet utilstrækkelig og selvmodsigende. Nu, med PrISMa til rådighed for det videnskabelige samfund, vil det være muligt at udtænke løsninger, der er miljømæssigt effektive, skalerbare og omkostningseffektive fra dag ét.

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