Alternative løsninger for å fange CO2

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

Selv om oppriktige tiltak var nødvendige for å begrense økningen til 1,5 grader Celsius ved å gå bort fra fossile brensler, fortsetter kraftverk drevet av kull og gass å dominere den globale elektrisitetssektoren, rapporterer den International Energy Association (IEA). 

Faktisk, til tross for en global innsats for å gå mer kraftfullt over til fornybare energikilder, har kraft generert fra fossile brensler økt med 70 % siden 2000. Kull forblir den største energikilden for kraftproduksjon, med 38 %, etterfulgt av gass med omtrent 20 %. 

Politikker som implementeres globalt er ivrige etter å takle utslipp fra eksisterende kullkraftverk og de som bygges i dag. Likevel garanterer ikke en reduksjon eller nedgang i CO2-utslipp fraværet av varmelåsende karbon. IEA antyder at selv etter at CO2-utslipp fra den eksisterende kullkraftflåten reduseres med omtrent 40 %, vil de årlige utslippene fortsatt utgjøre 6 GtCO2 per år i 2040.

I et slikt scenario vil det ikke være mulig å nå klimamålene kun ved å redusere utslippene. Alternative løsninger vil være nødvendige for å fange karbon slik at det kan brukes og lagres i stor skala. Men disse løsningene må være helhetlig levedyktige, kostnadseffektive og bærekraftige på lang sikt. 

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 vil mislykkes. 

Imidlertid stoppet forskerteamet, bestående av vitenskapsfolk fra National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colorado, og Delft University of Technology i Nederland, ikke bare ved å påpeke feilen i det eksisterende systemet, men anbefalte også en 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, hvilke feil den hadde, og hvordan disse feilene kan rettes med en alternativ løsning!

Den opprinnelige løsningen for å fange karbon

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

Når CO2 er fanget i karbonatet eller bikarbonatet, kan ingeniører skille det fra væsken og omdanne det til produkter som plast, kullsyreholdige drikker osv. Hvis disse karbonatene og bikarbonatene gjennomgår ytterligere bearbeiding, kan de til og med fungere som drivstoff for å forsyne hjem og potensielt fly. På den annen side returnerer den basiske væsken til kammeret for å fange mer CO2. 

Selv om løsningen ser ut til å være en perfekt ordning for å fange karbon og oppsirkulere det for videre bruk, finnes 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 karbonatet eller bikarbonatet separeres fra væsken. Å frigjøre den fangede CO2 krever at selskaper varmer 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. Derfor krever oppnåelsen av denne temperaturen forbrenning av fossile brensler som naturgass eller ren metan.

Mens han snakker om dette fanget skjult i systemet, Wilson Smith en professor i avdelingen for kjemisk og biologisk ingeniørfag og en fellow av the Renewable and Sustainable Energy Institute ved CU Boulder, hadde følgende å si, som i hovedsak oppsummerer problemet:

“Hvis vi må frigjøre CO2 for å fange CO2, undergraver det hele poenget med karbonfangst.”

 Det positive er at forskerne gikk langt utover oppgaven. I tillegg til å påpeke systemets feil, foreslo de en alternativ løsning som kunne kurere avviket. 

Den alternative kuren for den opprinnelige løsningen

Forskerne foreslo å implementere den reaktive fangstprosessen for å løse problemet. Imidlertid anbefalte de å justere den konvensjonelle delen av den reaktive fangstprosessen. 

Reaktiv fangst, i sin tradisjonelle form, refererer til en prosess hvor elektrisitet påføres karbonat- og bikarbonatløsningene, og splitter CO2 og den basiske væsken i kammeret. Det kalles også et lukket kretsløp som kan fange mer CO2 i sin resirkulerte væskeform. 

Imidlertid påpekte forskerne en ulempe i dette tilfellet. De så at i en industriell setting ville elektrisitet ikke være tilstrekkelig for å regenerere den basiske væsken for å fange mer CO2 fra luften. Det ville være en så ineffektiv prosess i sin opprinnelige form at etter fem sykluser med karbonfangst og regenerering, ville den basiske væsken knapt kunne trekke ut CO2 fra luften. 

Forskerne anbefalte å legge til elektrodialyse i prosessen som en løsning. Denne metoden gir flere fordeler. Primært kan den operere på fornybar elektrisitet. I tillegg kan den splitte mer vann i sure og basiske ioner, og opprettholde den basiske væskens evne til å absorbere mer CO2. Wilson Smith kalte teamets prestasjon for “å løse flere problemer med én teknologi”, og med rette!

Mens det er forskernes oppgave å innovere nye løsninger og finjustere de eksisterende for å øke effektiviteten, har selskaper og bedrifter også et ansvar, og mange selskaper gjør en god jobb med å oppfylle dette ansvaret. I segmentene nedenfor vil vi se på et par av slike selskaper som har kommet med innovative, effektive løsninger innen dette feltet. 

Klikk her for å finne ut om fangst av karbon i havet er en levedyktig løsning.

#1. Graphyte

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

Når det gjelder rimelighet, gjør selskapet sine løsninger tilgjengelige til en nivåert produksjonskostnad på mindre enn US$100 per tonn, og når det gjelder skalerbarhet, hevder selskapet at de kan skalere til et nivå hvor fjerning av milliarder av tonn karbon er en oppnåelig mulighet. 

Graphyte’s spesifikke metode følger tilnærmingen Carbon Casting, som utnytter lett tilgjengelig biomasse, som rester fra trevirke og landbruksoperasjoner. Graphyte tørker og komprimerer denne biomassen for å gjøre den om til tette karbonblokker. Disse blokkene har en miljøvennlig, vanntett barriere som sikrer sikker lagring i toppmoderne underjordiske anlegg. 

Mens han snakker om Graphytes metode, hadde Barclay Rogers, selskapets grunnlegger og administrerende direktør, følgende å si:

“Carbon casting lar naturen effektivt utføre arbeidet med å fange CO2, og deretter utnytter ingeniørteknikker for å lagre det over klimarelevante tidsskalaer. Det er en løsning som kan implementeres hvor som helst, som vil endre markedet, og viktigere, som vil bidra til å redde planeten.” 

Carbon casting kan opprettholde nesten alt karbonet som fanges i biomassen og bruker svært lite energi. Det er en lavkost, men likevel holdbar prosess for karbonfjerning som kombinerer fotosyntese med praktisk ingeniørkunst. 

Graphytes potensial har hjulpet dem med å oppnå tillit og troverdighet i investorfellesskapet. De fullførte sin Series A funding round med totalt US$30 millioner. 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 moderne løsninger, finnes det veletablerte offentlige selskaper som Linde som har gått inn i adsorpsjonsbasert karbonfangst og karbondioksidgjenvinning. 

#2. Linde

HISORP® CC adsorpsjonsbaserte karbonfangstløsning, det nyeste tilskuddet til Lindes karbonfangstportefølje, kompletterer deres velprøvde trykk-svingningsadsorpsjon (PSA) og membranteknologier. 

HISORP CC-løsningen separerer CO2 fra prosessgasser over et bredt spekter av CO2-inntakskonsentrasjoner. Den utnytter flere Linde-teknologier, inkludert trykk-svingningsadsorpsjon (PSA), kryogen separasjon og komprimering, for å oppnå en fangstgrad på mer enn 99 %, nøyaktig 99,7 %. 

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

Dessuten er HISORP CC en teknologi med lav CAPEX og lav OPEX, med minimal spesifikk energiforbruk, og er tilgjengelig til nesten ingen ekstra kostnad for løsningshåndtering, påfyll, og håndtering. 

Linde har sørget for at teknologien forblir bredt kompatibel og inkluderende, slik at den kan kombineres med hele spekteret av Linde-løsninger, inkludert damp-metan reformering (SMR), autotermisk reformering (ATR), partiell oksidasjon (POX) eller gassifisering. Den er egnet for integrering i eksisterende og nye anlegg for SMR, POX og ATR, selv med økt hydrogenproduksjon.

I 2023 registrerte Linde, som et ledende globalt industrigass- og ingeniørselskap, sales of US$33 billion. 

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

Fremtiden for karbonfangst: Et verktøy med transformativt potensial

I juli 2024 foreslo en gruppe forskere en helhetlig plattform for accelerating sorbent-based carbon capture. De kalte plattformen PrISMa, som står for Process-Informed Design of tailor-made Sorbent Materials. 

Plattformen forsøkte å gjøre storskala distribusjon av karbonfangstteknologier mer karbon-effektiv. Den understreket å samle de fragmenterte komponentene og de som implementerer dem under ett tak. 

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

Den informerte deretter samtidig ulike interessenter om kostnadseffektiviteten til teknologier, prosesskonfigurasjoner og lokasjoner. Den avdekket også de molekylære egenskapene til de best presterende sorbentene og tilbød handlingsorienterte innsikter om miljøpåvirkninger, co-benefitter og avveininger. Det endelige resultatet hadde som mål å samle interessenter i en tidlig forskningsfase, og akselerere utviklingen av karbonfangstteknologi i løpet mot en netto null verden.

Forskere ansvarlige for utviklingen av PrISMa, Berend Smit ved EPFL og Susana Garcia ved Heriot-Watt University, er svært optimistiske med tanke på metodens praktiske anvendbarhet. Ifølge professor Berend Smit:

“Denne innovative tilnærmingen akselererer oppdagelsen av topprangerte materialer for karbonfangst, og overgår tradisjonelle prøving-og-feiling-metoder.”

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

Det vil etter hvert gjøre utviklerfellesskapet i stand til å ta informerte valg. PrISMas prosesslagsegenskaper gjør det mulig å måle og benchmarke ytelsen til karbonfangstløsninger ved å hjelpe forskere med å beregne prosessytelsesparametere, som renhet, gjenvinning og energikrav.

En avgjørende parameter som gjør eller bryter enhver vitenskapelig eller teknologisk løsning er dens økonomiske levedyktighet. PrISMa kan vurdere den økonomiske og tekniske levedyktigheten til et karbonfangstanlegg. Til slutt kan den evaluere miljøpåvirkninger over anleggets hele livssyklus, og sikre helhetlig bærekraft.

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

Vi startet diskusjonen med en mye brukt løsning som ble funnet å være utilstrekkelig og selvundergravende. Nå, med PrISMa tilgjengelig for det vitenskapelige fellesskapet, vil det være mulig å utvikle løsninger som er miljømessig effektive, skalerbare og kostnadseffektive fra dag én.

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