Alternative løsninger for fangst av CO2

Å fange CO2 er avgjørende for å lykkes med å reversere skadene global oppvarming snart kan påføre klimaet vårt. Imidlertid er det en konflikt mellom hva den menneskelige sivilisasjonen ideelt sett ønsker å oppnå og virkeligheten på bakken. Parisavtalen markerte en global forpliktelse til å holde økningen i den globale gjennomsnittstemperaturen godt under 2°C over førindustrielt nivå. 

Mens oppriktig innsats var nødvendig for å begrense økningen til 1.5 grader celsius ved å gå bort fra fossilt brensel, fortsetter kraftverk drevet av kull og gass å dominere den globale elektrisitetssektoren, rapporterer International Energy Association (IEA). 

Faktisk, til tross for en global satsing på å gå sterkere mot fornybare energikilder, har kraft generert fra fossilt brensel økt med 70 % siden 2000. Kull er fortsatt den største drivstoffkilden for kraftproduksjon, med 38 %, fulgt av gass med rundt 20 %. . 

Retningslinjer implementert globalt er opptatt av å takle problemet med utslipp fra eksisterende kullkraftverk og de blir bygget i dag. Likevel garanterer ikke en reduksjon eller nedgang i CO2-utslipp fravær av varmefangende karbon. IEA antyder at selv etter at CO2-utslippene fra den eksisterende kullflåten går ned med omtrent 40 %, vil årlige utslipp fortsatt utgjøre 6 GtCO2 per år i 2040.

I et slikt scenario ville det ikke vært mulig å nå våre klimamål ved å redusere utslippene. Alternative løsninger vil være nødvendig for å fange karbon slik at det kan utnyttes og lagres i stor skala. Men disse løsningene må være helhetlig levedyktige, kostnadseffektive og levedyktige i det lange løp. 

Nylig, i en studie publisert 1. mai i tidsskriftet ACS Energy Letters, avslørte forskere ved CU Boulder og samarbeidspartnere at en populær tilnærming mange ingeniører utforsker for å fange karbon ville mislykkes. 

Forskerteamet, bestående av forskere som arbeider ved National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colorado og Delft University of Technology i Nederland, stoppet imidlertid ikke med å påpeke feilen i det eksisterende systemet, men anbefalte også et alternativ og mer bærekraftig løsning for ikke bare å fange karbon, men også konvertere det til drivstoff. 

I de kommende segmentene vil vi se på hva den opprinnelige løsningen anbefalte, hva dens feil var og hvordan disse feilene kan rettes opp med en alternativ løsning!

Den originale løsningen for å fange karbon

Med original løsning refererer vi til en av de mest brukte direkte luftfangstmetodene som involverer luftkontaktorer, som er enorme vifter som trekker luft inn i et kammer fylt med en grunnleggende væske. Siden CO2 er sur i sin kjemiske natur, binder den basiske væsken seg til og reagerer med den for å danne et karbonat eller bikarbonat.

Med CO2 fanget i karbonatet eller bikarbonatet, kan ingeniører separere det fra væsken og gjøre det om til produkter som plast, kullsyreholdige drikker osv. Hvis disse karbonatene og bikarbonatene går gjennom videre prosessering, kan de til og med fungere som drivstoff for å drive boliger og, potensielt fly. På den annen side går grunnvæsken tilbake til kammeret for å fange opp mer CO2. 

Selv om løsningen ser ut til å være et perfekt arrangement for å fange karbon og resirkulere det for videre bruk, eksisterer det et problem.

Klikk her for å lære hvordan håndtering av metan kan være nøkkelen til å nå globale klimamål.

Problemet med den opprinnelige løsningen

Problemet ligger i hvordan karbonat eller bikarbonat er separert fra væsken. Frigjøring av fanget CO2 krever at bedrifter varme opp karbonat- og bikarbonatløsningen til minst 900˚C (1,652°F). Dette er en temperatur som fornybare energikilder som sol og vind ikke kan oppnå. Og derfor krever å oppnå denne temperaturen brenning av fossilbasert brensel som naturgass eller ren metan.

Mens jeg snakker om denne fangsten skjult i systemet, Wilson Smith, professor ved Institutt for kjemisk og biologisk teknikk og stipendiat ved Institutt for fornybar og bærekraftig energi på CU Boulder, hadde følgende å si, som i hovedsak oppsummerer problemet:

"Hvis vi må frigjøre CO2 for å fange CO2, beseirer det hele formålet med karbonfangst."

 Det gode er at forskere gikk utover oppgaven. Bortsett fra å peke på feilene i systemet, foreslo de et alternativ som kunne kurere avviket. 

Den alternative kuren for den opprinnelige løsningen

Forskerne foreslo å bruke den reaktive fangstprosessen for å løse problemet. De anbefalte imidlertid å justere den konvensjonelle sfæren til den reaktive fangstprosessen. 

Reaktiv fangst, i sin tradisjonelle form, refererer til en prosess der elektrisitet påføres karbonat- og bikarbonatløsningene, og skiller CO2 og basisk væske fra hverandre i kammeret. Det kalles også et lukket sløyfesystem som kan fange opp mer CO2 i sin resirkulerte flytende form. 

Men i dette tilfellet bemerket forskerne en ulempe. Den så at i industrielle omgivelser ville elektrisitet ikke kunne regenerere grunnvæsken for å gjenfange mer CO2 fra luften. Det ville vært en så ineffektiv prosess i sin opprinnelige form at etter fem sykluser med karbonfangst og regenerering, ville grunnvæsken knapt være i stand til å trekke noe CO2 ut av luften. 

Forskerne anbefalte å legge til elektrodialyse i prosessen som en løsning. Denne metoden gir flere fordeler. Først og fremst kan den drives av fornybar elektrisitet. I tillegg kan den splitte mer vann i sure og basiske ioner, og dermed opprettholde den basiske væskens evne til å absorbere mer CO2. Wilson Smith kalte dette teamets prestasjon som «å løse flere problemer med én teknologi», og med rette!

Mens det er forskeres oppgave å innovere nye løsninger og finjustere de eksisterende for å øke effektiviteten, har også bedrifter og virksomheter et ansvar, og mange bedrifter gjør det bra i å ivareta det ansvaret. I segmentene nedenfor skal vi se på et par slike selskaper som har kommet med innovative, effektive løsninger på dette feltet. 

Klikk her for å finne ut om det er en levedyktig løsning å fange karbon i hav.

# 1. Grafitt

Graphyte posisjonerer seg som verdens første og eneste løsning for fjerning av karbondioksid som er slitesterk, rimelig og umiddelbart skalerbar. Når det gjelder holdbarhet, hevder Graphyte at løsningene deres er i stand til å fjerne karbondioksid i mer enn tusen år.

Når det gjelder rimelighet, gjør selskapet sine løsninger tilgjengelige til en utjevnet produksjonskostnad på under 100 USD/tonn og i skalerbarhet hevder selskapet å kunne skalere til et nivå der fjerning av milliarder av tonn karbon er en oppnåelig mulighet. 

Grafytts spesifikke metode følger tilnærmingen til Carbon Casting, som utnytter lett tilgjengelig biomasse, for eksempel rester fra tømmer og oppdrettsvirksomhet. Grafytt tørker opp og komprimerer denne biomassen for å gjøre den om til tette karbonblokker. Disse blokkene kommer med en miljøsikker ugjennomtrengelig barriere som sikrer sikker lagring i toppmoderne underjordiske områder. 

Barclay Rogers, grunnlegger og administrerende direktør i selskapet, sa følgende om Graphytes metode:

«Karbonstøping lar naturen effektivt gjøre jobben med å fange CO2, og deretter utnytter ingeniørteknikker for å lagre den i klimarelevante tidsrammer. Det er en løsning som kan gjøres hvor som helst, som vil forandre markedet, og enda viktigere, som vil bidra til å redde planeten.» 

Karbonstøping kan opprettholde nesten alt karbonet som fanges opp i biomassen og bruker svært lite energi. Det er en rimelig, men holdbar prosess for fjerning av karbon som kombinerer fotosyntese med praktisk konstruksjon. 

Graphytes potensial har hjulpet dem med å oppnå tillit og troverdighet hos investormiljøet. De fullførte sin Finansieringsrunde i serie A med totalt 30 millioner dollar. Runden ble ledet i fellesskap av Prelude Ventures og Carbon Direct Capital og inkluderte også bidrag fra nåværende investorer som Breathable Energy Ventures og Overture. 

Mens egenkapitalfinansierte innovative virksomheter som Graphyte har dukket opp med sine nye tidsløsninger, er det veletablerte offentlige selskaper som Linde som har våget seg på adsorpsjonsbasert karbonfangst og karbondioksidutvinning. 

# 2. Linde

Ocuco HISORP® CC adsorpsjonsbasert karbonfangstløsning, det nyeste tilskuddet til Lindes portefølje av karbonfangst, kompletterer deres velprøvde trykksvingningadsorpsjon (PSA) og membranteknologier. 

HISORP CC-løsningen skiller CO2 fra prosessgasser over et bredt spekter av CO2-tilførselskonsentrasjoner. Den utnytter flere Linde-teknologier, inkludert trykksvingadsorpsjon (PSA), kryogen separasjon og komprimering, for å oppnå en fangsthastighet på mer enn 99 %, 99.7 % for å være nøyaktig. 

En av de største fordelene med denne løsningen er at den går på energi fra fornybare kilder. Regenereringsprosessen krever ikke damp, noe som sikrer et minimalt karbonavtrykk. 

Dessuten er HISORP CC en lav-CAPEX- og lav-OPEX-teknologi med et minimalt spesifikt energiforbruk og er tilgjengelig nesten uten ekstra kostnad for løsemiddelhåndtering, makeup, og håndtering. 

Linde har sørget for at teknologien forblir allment kompatibel og inkluderende slik at den kan kombineres med hele spekteret av Linde-løsninger, inkludert dampmetanreformering (SMR), automatisk termisk reformering (ATR), partiell oksidasjon (POX) eller gassifisering. Det bidrar til integrering i eksisterende og nye anlegg for SMR, POX og ATR, selv med økt hydrogenproduksjon.

I 2023 registrerte Linde seg som et ledende globalt industrigass- og ingeniørselskap salg på 33 milliarder dollar. 

Mens bedrifter er forpliktet til sine mål, er læring og utveksling mellom bedrifter og forskningsinstitusjoner gjensidig. I det avsluttende segmentet ser vi på teknologisk forskning på dette området som kan transformere fremtiden for karbonfangst ved å gjøre den mer effektiv og effektiv. 

The Future of Carbon Capture: Et verktøy med transformativt potensial

I juli 2024 foreslo en gruppe forskere en helhetlig plattform for akselererende sorbentbasert karbonfangst. De kalte plattformen PrISMa, som står for Process-Informed Design of skreddersydde Sorbent Materials. 

Plattformen forsøkte å gjøre storskala distribusjon av karbonfangstteknologier mer karboneffektiv. Den la vekt på å bringe de fragmenterte komponentene og de som implementerer dem under en paraply. 

Mens kjemikere tidligere fokuserte på materialdesign og ingeniører på å optimalisere prosesser, integrerte PrISMa-plattformen materialer, prosessdesign, teknoøkonomi og livssyklusvurdering. Den sammenlignet mer enn 60 casestudier av fangst av CO2 fra forskjellige kilder i 5 globale regioner ved bruk av forskjellige teknologier. 

Deretter informerte den samtidig ulike interessenter om kostnadseffektiviteten til teknologier, prosesskonfigurasjoner og lokasjoner. Den avslørte også de molekylære egenskapene til toppytende sorbenter og tilbød praktisk innsikt i miljøpåvirkninger, co-fordeler og avveininger. Det endelige resultatet tok sikte på å forene interessenter på et tidlig forskningsstadium, og akselerere utviklingen av karbonfangstteknologi i kappløpet mot en verden med netto null.

Forskere med ansvar for å utvikle PrISMaBerend Smit ved EPFL og Susana Garcia ved Heriot-Watt University er svært optimistiske med tanke på metodens brukervennlighet i det virkelige liv. Ifølge professor Berend Smit:

"Denne innovative tilnærmingen akselererer oppdagelsen av materialer med topp ytelse for karbonfangst, og overgår tradisjonelle prøving-og-feil-metoder."

PrISMa har et betydelig potensial for fremtiden. Ved å bruke eksperimentelle data og molekylære simuleringer, kan den forutsi adsorpsjonsegenskapene til potensielle sorbentmaterialer. 

Det ville til slutt føre til at utviklermiljøet ble i stand til å ta informerte valg. PrISMas prosesslagegenskaper gjør det mulig å måle og sammenligne ytelsen til karbonfangstløsninger ved å hjelpe forskere med å beregne prosessytelsesparametere, som renhet, utvinning og energibehov.

En avgjørende parameter som avgjør om en vitenskapelig eller teknologisk løsning er dens økonomiske levedyktighet. Prisma kan vurdere den økonomiske og tekniske levedyktigheten til et karbonfangstanlegg. Til slutt kan den evaluere miljøpåvirkningen over hele anleggets livssyklus, noe som sikrer omfattende bærekraft.

Alt i alt er PrISMa intet mindre enn revolusjonerende eller transformerende. 

Vi startet diskusjonen vår med en bredt vedtatt løsning som ble funnet å være utilstrekkelig og selvødeleggende. Nå, med PrISMa til rådighet for det vitenskapelige miljøet, ville det være mulig å utvikle løsninger som ville være miljøeffektive, skalerbare og kostnadseffektive fra dag null.

Klikk her for en liste over de beste karbonfangstaksjene å investere i.