Alternativa lösningar för att fånga CO2

Att fånga CO2 är avgörande för att framgångsrikt vända den skada som den globala uppvärmningen snart kan orsaka på vårt klimat. Det finns dock en konflikt mellan vad mänsklig civilisation idealiskt vill uppnå och verkligheten på marken. Parisavtalet markerade ett globalt åtagande att hålla ökningen av den globala genomsnittstemperaturen väl under 2°C över förindustriella nivåer. 

Medan uppriktiga ansträngningar krävdes för att begränsa ökningen till 1,5 grader Celsius genom att gå bort från fossila bränslen, fortsätter kraftverk som drivs av kol och gas att dominera den globala elsektorn, rapporterar International Energy Association (IEA). 

Faktum är att trots en global satsning på att gå mer kraftfullt mot förnybara energikällor, har el som genereras från fossila bränslen ökat med 70 % sedan år 2000. Kol förblir den största bränslekällan för elproduktion, med 38 %, följt av gas med cirka 20 %. 

Policys som införts globalt är inriktade på att ta itu med utsläppen från befintliga kolkraftverk och de som byggs idag. Ändå garanterar en minskning av CO2-utsläpp inte avsaknaden av värmefångande kol. IEA föreslår att även efter att CO2-utsläppen från den befintliga kolkraftflottan minskar med cirka 40 % skulle de årliga utsläppen fortfarande uppgå till 6 GtCO2 per år år 2040.

I ett sådant scenario skulle det inte vara möjligt att nå våra klimatmål enbart genom att minska utsläppen. Alternativa lösningar skulle krävas för att fånga kol så att det kan utnyttjas och lagras i stor skala. Men dessa lösningar måste vara holistiskt hållbara, kostnadseffektiva och långsiktigt livskraftiga. 

Nyligen, i en studie publicerad den 1 maj i tidskriften ACS Energy Letters, avslöjade forskare vid CU Boulder och samarbetspartners att ett populärt tillvägagångssätt som många ingenjörer utforskar för att fånga kol skulle misslyckas. 

Dock stoppade forskarteamet, bestående av forskare vid National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colorado, och Delft University of Technology i Nederländerna, inte vid att påpeka felet i det befintliga systemet utan rekommenderade också en alternativ och mer hållbar lösning för att inte bara fånga kol utan även omvandla det till bränsle. 

I de kommande avsnitten kommer vi att titta på vad den ursprungliga lösningen rekommenderade, vilka dess brister var, och hur dessa brister kan korrigeras med en alternativ lösning!

Den ursprungliga lösningen för att fånga kol

Med den ursprungliga lösningen avser vi en av de mest använda direkta luftfångstmetoderna som involverar luftkontaktorer, stora fläktar som drar in luft i en kammare fylld med en basisk vätska. Eftersom CO2 är surt i sin kemiska natur binder den basiska vätskan till och reagerar med den för att bilda ett karbonat eller bikarbonat.

När CO2 är fångad i karbonatet eller bikarbonatet kan ingenjörer separera det från vätskan och omvandla det till produkter som plast, kolsyrade drycker osv. Om dessa karbonat och bikarbonat genomgår ytterligare bearbetning kan de till och med fungera som bränsle för att driva hem och eventuellt flygplan. Å andra sidan återvänder den basiska vätskan till kammaren för att fånga mer CO2. 

Även om lösningen verkar vara en perfekt uppsättning för att fånga kol och återvinna det för vidare användning, finns det ett problem.

Klicka här för att lära dig hur hantering av metan kan vara nyckeln till att nå globala klimatmål.

Problemet med den ursprungliga lösningen

Problemet ligger i hur karbonatet eller bikarbonatet separeras från vätskan. För att frigöra den fångade CO2 måste företag värma upp karbonat- och bikarbonatlösningen till minst 900 °C (1 652 °F). Detta är en temperatur som förnybara energikällor som sol och vind inte kan uppnå. Därför kräver uppnåendet av denna temperatur förbränning av fossila bränslen som naturgas eller ren metan.

När han talade om detta fallgropp dolt i systemet, Wilson Smith, en professor i avdelningen för kemisk och biologisk ingenjörskonst och en fellow av the Renewable and Sustainable Energy Institute vid CU Boulder, hade följande att säga, vilket i huvudsak sammanfattar problemet:

“Om vi måste släppa ut CO2 för att fånga CO2, undergräver det hela syftet med kolfångst.”

 Det positiva är att forskarna gick längre än uppgiften. Förutom att påpeka systemets brister föreslog de ett alternativ som kunde lösa diskrepansen. 

Den alternativa lösningen för den ursprungliga lösningen

Forskarna föreslog att använda den reaktiva fångstprocessen för att lösa problemet. De rekommenderade dock att justera den konventionella delen av den reaktiva fångstprocessen. 

Reaktiv fångst, i sin traditionella form, avser en process där elektricitet appliceras på karbonat- och bikarbonatlösningarna, vilket separerar CO2 och den basiska vätskan i kammaren. Det kallas också ett slutet kretslopp som kan fånga mer CO2 i sin återvunna vätskeform. 

I detta fall noterade forskarna en nackdel. De såg att i en industriell miljö skulle elektriciteten vara otillräcklig för att regenerera den basiska vätskan för att återfånga mer CO2 från luften. Det skulle vara en så ineffektiv process i sin ursprungliga form att efter fem cykler av kolfångst och regeneration skulle den basiska vätskan knappt kunna extrahera någon CO2 från luften. 

Forskarna rekommenderade att lägga till elektrodialys i processen som en lösning. Denna metod erbjuder flera fördelar. Främst kan den drivas med förnybar elektricitet. Dessutom kan den dela upp mer vatten i sura och basiska joner, vilket upprätthåller den basiska vätskans förmåga att absorbera mer CO2. Wilson Smith kallade teamets prestation för att “lösa flera problem med en teknik”, och det var välförtjänt!

Medan det är forskarnas uppgift att innovera nya lösningar och finjustera befintliga för att öka effektiviteten, har företag och verksamheter också ett ansvar, och många företag gör ett bra jobb med att uppfylla detta ansvar. I avsnitten nedan kommer vi att titta på ett par sådana företag som har utvecklat innovativa, effektiva lösningar inom detta område. 

Klicka här för att ta reda på om det är en hållbar lösning att fånga kol i haven.

#1. Graphyte

Graphyte positionerar sig som världens första och enda lösning för borttagning av koldioxid som är hållbar, prisvärd och omedelbart skalbar. När det gäller hållbarhet påstår Graphyte att deras lösningar kan avlägsna koldioxid i mer än tusen år.

När det gäller prisvärdhet gör företaget sina lösningar tillgängliga till en nivåiserad produktionskostnad på mindre än 100 US$ per ton och när det gäller skalbarhet hävdar företaget att de kan skala upp till en nivå där borttagning av miljarder ton kol blir en möjlighet. 

Graphytes specifika metod följer tillvägagångssättet Carbon Casting, som utnyttjar lättillgänglig biomassa, såsom restprodukter från timmer och jordbruk. Graphyte torkar och komprimerar denna biomassa för att omvandla den till täta kolblock. Dessa block har en miljösäker impermeabel barriär som säkerställer säker lagring i moderna underjordiska anläggningar. 

När han talade om Graphytes metod hade Barclay Rogers, företagets grundare och VD, följande att säga:

“Carbon casting låter naturen effektivt utföra arbetet med att fånga CO2, och sedan utnyttjar ingenjörstekniker för att lagra det under klimatrelevanta tidsramar. Det är en lösning som kan genomföras var som helst, som kommer att förändra marknaden, och viktigast av allt, som kommer att hjälpa till att rädda planeten.” 

Carbon casting kan bevara nästan all den kol som fångas i biomassa och förbrukar mycket lite energi. Det är en lågkostnadsmen hållbar process för koldioxidborttagning som kombinerar fotosyntes med praktisk ingenjörskonst. 

Graphytes potential har hjälpt dem att vinna förtroendet och trovärdigheten hos investerarcommunityn. De avslutade sin Series A-finansieringsrunda med totalt 30 miljoner US$. Rundan leddes gemensamt av Prelude Ventures och Carbon Direct Capital och inkluderade även bidrag från nuvarande investerare som Breathable Energy Ventures och Overture. 

Medan aktiekapitalfinansierade innovativa företag som Graphyte har dykt upp med sina moderna lösningar, finns det väletablerade börsnoterade företag som Linde som har gått in i adsorptionsbaserad kolfångst och koldioxidåtervinning. 

#2. Linde

HISORP® CC, den adsorptionsbaserade kolfångstlösningen, det senaste tillskottet till Lindes kolfångstportfölj, kompletterar deras beprövade trycksvängningsadsorption (PSA) och membranteknologier. 

HISORP CC-lösningen separerar CO2 från processgaser över ett brett spektrum av CO2-matningskoncentrationer. Den utnyttjar flera Linde-teknologier, inklusive trycksvängningsadsorption (PSA), kryogen separation och kompression, för att uppnå en fångstgrad på mer än 99 %, närmare bestämt 99,7 %. 

En av de största fördelarna med denna lösning är att den drivs av energi från förnybara källor. Regenereringsprocessen kräver ingen ånga, vilket säkerställer ett minimalt koldioxidavtryck. 

Dessutom är HISORP CC en låg-CAPEX- och låg-OPEX-teknik med minimal specifik energiförbrukning och finns tillgänglig utan nästan några extra kostnader för lösningshantering, påfyllning och hantering. 

Linde har säkerställt att teknologin är brett kompatibel och inkluderande så att den kan kombineras med hela spektrumet av Lindes lösningar, inklusive ångreformering av metan (SMR), autotermisk reformering (ATR), partiell oxidation (POX) eller förgasning. Den är lämplig för integration i befintliga och nya anläggningar för SMR, POX och ATR, även med ökad vätgasproduktion.

År 2023 registrerade Linde, som ett ledande globalt industriellt gas- och ingenjörsföretag, försäljning på 33 miljarder US$. 

Medan företag är engagerade i sina mål är lärandet och utbytet mellan företag och forskningsinstitutioner ömsesidigt. I det avslutande avsnittet tittar vi på teknologisk forskning inom detta område som kan förändra framtiden för kolfångst genom att göra den mer effektiv och ändamålsenlig. 

Framtiden för kolfångst: Ett verktyg med transformativ potential

I juli 2024 föreslog en grupp forskare en holistisk plattform för accelerering av sorbentbaserad kolfångst. De kallade plattformen PrISMa, vilket står för Process-Informed Design of tailor-made Sorbent Materials. 

Plattformen försökte göra storskalig implementering av kolfångstteknologier mer koldioxideffektiv. Den betonade att samla de fragmenterade komponenterna och dem som implementerar dem under ett gemensamt paraply. 

Medan kemister tidigare fokuserade på materialdesign och ingenjörer på processoptimering, integrerade PrISMa-plattformen material, processdesign, techno-ekonomi och livscykelanalys. Den jämförde mer än 60 fallstudier av CO2-fångst från olika källor i fem globala regioner med olika teknologier. 

Den informerade sedan samtidigt olika intressenter om kostnadseffektiviteten för teknologier, processkonfigurationer och platser. Den avslöjade också de molekylära egenskaperna hos de bästa sorbenterna och erbjöd handlingsbara insikter om miljöpåverkan, sidofördelar och avvägningar. Det slutliga resultatet syftade till att förena intressenter i ett tidigt forskningsstadium, vilket påskyndade utvecklingen av kolfångstteknik i tävlingen mot en netto-nollvärld.

Forskare ansvariga för att utveckla PrISMa, Berend Smit vid EPFL och Susana Garcia vid Heriot-Watt University, är mycket optimistiska kring metodens praktiska användbarhet. Enligt professor Berend Smit:

“Detta innovativa tillvägagångssätt påskyndar upptäckten av högpresterande material för kolfångst, och överträffar traditionella trial-and-error-metoder.”

PrISMa har stor potential för framtiden. Genom att använda experimentella data och molekylära simuleringar kan den förutsäga adsorptionsegenskaperna för potentiella sorbentmaterial. 

Det skulle så småningom leda till att utvecklargemenskapen blir kapabel att fatta informerade beslut. PrISMas processlagredegenskaper gör det möjligt att mäta och benchmarka prestandan för kolfångstlösningar genom att hjälpa forskare att beräkna processprestandaparametrar, såsom renhet, återvinning och energibehov.

En avgörande parameter som gör eller bryter en vetenskaplig eller teknisk lösning är dess ekonomiska hållbarhet. PrISMa kan bedöma den ekonomiska och tekniska livskraften för en kolfångstanläggning. Slutligen kan den utvärdera miljöpåverkan under hela anläggningens livscykel, vilket säkerställer en omfattande hållbarhet.

Sammanfattningsvis är PrISMa inget mindre än revolutionerande eller transformativt. 

Vi började vår diskussion med en allmänt antagen lösning som visade sig vara otillräcklig och självförstörande. Nu, med PrISMa tillgängligt för den vetenskapliga gemenskapen, skulle det vara möjligt att utforma lösningar som är miljöeffektiva, skalbara och kostnadseffektiva från dag ett.

Klicka här för en lista över de bästa kolfångstaktierna att investera i.