Alternativa lösningar för att fånga upp CO2

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

Medan det krävdes uppriktiga ansträngningar för att begränsa ökningen till 1.5 grader Celsius genom att gå bort från fossila bränslen, fortsätter kraftverk som drivs med kol och gas att dominera den globala elsektorn, rapporterar International Energy Association (IEA). 

Faktum är att trots en global strävan att gå mer kraftfullt mot förnybara energikällor, har kraften från fossila bränslen ökat med 70 % sedan 2000. Kol är fortfarande den största bränslekällan för elproduktion, med 38 %, följt av gas med cirka 20 % . 

Politik som implementeras globalt är angelägen om att ta itu med frågan om utsläpp från befintliga koleldade kraftverk och de byggs i dag. Ändå garanterar inte en minskning eller minskning av CO2-utsläpp frånvaron av värmefångande kol. IEA föreslår att även efter att CO2-utsläppen från den befintliga koleldade flottan minskat med cirka 40 %, skulle de årliga utsläppen fortfarande uppgå till 6 GtCO2 per år 2040.

I ett sådant scenario skulle det inte vara möjligt att nå våra klimatmål genom att bara minska utsläppen. Det skulle krävas alternativa lösningar för att fånga upp kol så att det kunde utnyttjas och lagras i stor skala. Men dessa lösningar måste vara holistiskt genomförbara, kostnadseffektiva och lönsamma på lång sikt. 

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

Teamet av forskare, bestående av forskare som arbetar vid National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colorado och Delft University of Technology i Nederländerna, stannade dock inte vid att påpeka bristen i det befintliga systemet utan rekommenderade också ett alternativ och mer hållbart lösning för att inte bara fånga upp kol utan också omvandla det till bränsle. 

I de kommande segmenten kommer vi att undersöka vad den ursprungliga lösningen rekommenderade, vad dess brister var och hur dessa brister kunde rättas till med en alternativ lösning!

Den ursprungliga lösningen för att fånga kol

Med originallösning hänvisar vi till en av de mest använda direkta luftinfångningsmetoderna som involverar luftkontaktorer, som är enorma fläktar som drar luft in i en kammare fylld med en grundvätska. Eftersom CO2 är surt till sin kemiska natur, binder den basiska vätskan till och reagerar med den för att bilda ett karbonat eller bikarbonat.

Med CO2 fångad i karbonatet eller bikarbonatet kan ingenjörer separera det från vätskan och förvandla det till produkter som plast, kolsyrade drycker, etc. Om dessa karbonater och bikarbonater går igenom ytterligare bearbetning kan de till och med fungera som bränsle för att driva hem och, potentiellt flygplan. Å andra sidan återgår grundvätskan till kammaren för att fånga upp mer CO2. 

Även om lösningen verkar vara ett perfekt arrangemang för att fånga upp kol och återanvända det för vidare användning, finns det ett problem.

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

Problemet med den ursprungliga lösningen

Problemet ligger i hur karbonat eller bikarbonat är separerad från vätskan. För att släppa ut den instängda koldioxiden måste företag värma upp karbonat- och bikarbonatlösningen till minst 2˚C (900 1,652 °F). Detta är en temperatur som förnybara energikällor som sol och vind inte kan uppnå. Och därför kräver att uppnå denna temperatur förbränning av fossilbaserade bränslen som naturgas eller ren metan.

När vi pratar om denna fångst gömd i systemet, Wilson Smith, professor vid institutionen för kemi- och biologisk teknik och en stipendiat vid Institutet för förnybar och hållbar energi på CU Boulder, hade följande att säga, vilket i huvudsak sammanfattar problemet:

"Om vi ​​måste släppa ut CO2 för att fånga upp CO2, motverkar det hela syftet med kolavskiljning."

 Det som är bra är att forskare gick utöver uppgiften. Förutom att påpeka bristerna i systemet föreslog de ett alternativ som kunde bota avvikelsen. 

Det alternativa botemedlet för den ursprungliga lösningen

Forskarna föreslog att man skulle använda den reaktiva infångningsprocessen för att åtgärda problemet. De rekommenderade dock att man justerade den konventionella sfären för den reaktiva infångningsprocessen. 

Reaktiv infångning, i sin traditionella form, hänvisar till en process där elektricitet appliceras på karbonat- och bikarbonatlösningarna, vilket drar isär CO2 och basvätska i kammaren. Det kallas också ett slutet system som kan fånga upp mer CO2 i sin återvunna flytande form. 

Men i det här fallet noterade forskarna en nackdel. Den såg att i en industriell miljö skulle elektricitet inte kunna regenerera grundvätskan för att återfånga mer CO2 från luften. Det skulle vara en så ineffektiv process i sin ursprungliga form att efter fem cykler av kolavskiljning och regenerering skulle grundvätskan knappast kunna dra ut någon CO2 ur luften. 

Forskarna rekommenderade att man lägger 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 bibehåller den basiska vätskans förmåga att absorbera mer CO2. Wilson Smith kallade teamets prestation som att "lösa flera problem med en teknik", och med rätta!

Samtidigt som det är forskarnas uppgift att förnya nya lösningar och finjustera de befintliga för att öka effektiviteten, har även företag och företag ett ansvar, och många företag klarar sig bra i att uppfylla det ansvaret. I segmenten nedan ska vi titta på ett par sådana företag som har kommit med innovativa, effektiva lösningar inom detta område. 

Klicka här för att veta om det är en hållbar lösning att fånga kol i haven.

# 1. Grafit

Graphyte positionerar sig som världens första och enda lösning för koldioxidrening som är hållbar, prisvärd och omedelbart skalbar. Inom hållbarhet hävdar Graphyte att deras lösningar kan avlägsna koldioxid i mer än tusen år.

När det gäller överkomlighet gör företaget sina lösningar tillgängliga till en utjämnad produktionskostnad på mindre än 100 USD/ton och i skalbarhet hävdar företaget att de kan skala till en nivå där avlägsnande av miljarder ton kol är en möjlig möjlighet. 

Grafyts specifika metod följer metoden för Carbon Casting, som utnyttjar lättillgänglig biomassa, såsom rester från timmer och jordbruksverksamhet. Grafyt torkar upp och komprimerar denna biomassa för att förvandla den till täta kolblock. Dessa block kommer med en miljösäker ogenomtränglig barriär som säkerställer säker förvaring på toppmoderna underjordiska platser. 

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

”Kolgjutning låter naturen effektivt utföra arbetet med att fånga koldioxid, och utnyttjar sedan ingenjörstekniker för att lagra den under klimatrelevanta tidsramar. Det är en lösning som kan göras var som helst, som kommer att förändra marknaden och, ännu viktigare, som kommer att bidra till att rädda planeten.” 

Kolgjutning kan upprätthålla nästan allt kol som fångas upp i biomassan och förbrukar mycket lite energi. Det är en billig men ändå hållbar process för kolborttagning som kombinerar fotosyntes med praktisk ingenjörskonst. 

Graphytes potential har hjälpt företaget att vinna investerarnas förtroende och trovärdighet. Det slutförde sin Finansieringsrundan i serie A med totalt 30 miljoner USD. Omgången leddes gemensamt av Prelude Ventures och Carbon Direct Capital och inkluderade även bidrag från nuvarande investerare som Breathable Energy Ventures och Overture. 

Medan aktiefinansierade innovativa satsningar som Graphyte har dykt upp med sina nya tidslösningar, finns det väletablerade offentliga företag som Linde som har vågat sig på adsorptionsbaserad kolavskiljning och koldioxidutvinning. 

# 2. Linde

Ocuco-landskapet HISORP® CC adsorptionsbaserad kolinfångningslösning, det senaste tillskottet till Lindes portfölj av koldioxidavskiljning, kompletterar deras beprövade PSA- (pressure swing adsorption) och membranteknik. 

HISORP CC-lösningen separerar CO2 från processgaser över ett brett spektrum av CO2-inmatningskoncentrationer. Den utnyttjar flera Linde-teknologier, inklusive trycksvängningsadsorption (PSA), kryogen separation och komprimering, för att uppnå en fångsthastighet på mer än 99 %, 99.7 % för att vara exakt. 

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

Dessutom är HISORP CC en teknik med låg CAPEX och låg OPEX med en minimal specifik energiförbrukning och är tillgänglig nästan utan extra kostnad för lösningsmedelshantering, makeup, och hantering. 

Linde har sett till att tekniken förblir allmänt kompatibel och inkluderande så att den kan kombineras med hela spektrumet av Linde-lösningar, inklusive ångmetanreformering (SMR), automatisk termisk reformering (ATR), partiell oxidation (POX) eller förgasning. Det bidrar till integration i befintliga och nya anläggningar för SMR, POX och ATR, även med ökad väteproduktion.

2023 registrerade Linde sig som ett ledande globalt industrigas- och ingenjörsföretag försäljning på 33 miljarder USD. 

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

The Future of Carbon Capture: Ett verktyg med transformativ potential

I juli 2024 föreslog en grupp forskare en holistisk plattform för accelererar sorbentbaserad kolavskiljning. De döpte plattformen till PrISMa, som står för Process-Informed Design of skräddarsydda sorbentmaterial. 

Plattformen försökte göra den storskaliga utbyggnaden av koldioxidavskiljningsteknik mer koldioxideffektiv. Den betonade att samla de splittrade komponenterna och de som implementerar dem under ett paraply. 

Medan kemister tidigare fokuserat på materialdesign och ingenjörer på att optimera processer, integrerade PrISMa-plattformen material, processdesign, teknisk ekonomi och livscykelbedömning. Den jämförde mer än 60 fallstudier av avskiljning av CO2 från olika källor i 5 globala regioner med hjälp av olika tekniker. 

Den informerade sedan samtidigt olika intressenter om kostnadseffektiviteten för teknologier, processkonfigurationer och platser. Den avslöjade också de molekylära egenskaperna hos topppresterande sorbenter och erbjöd praktiska insikter om miljöpåverkan, bifördelar och avvägningar. Den slutliga produktionen syftade till att förena intressenter i ett tidigt forskningsskede, och påskynda utvecklingen av koldioxidavskiljningsteknik i kapplöpningen mot en värld med nettonoll.

Forskare ansvariga för att utveckla PrISMaBerend Smit vid EPFL och Susana Garcia vid Heriot-Watt University är mycket optimistiska om metodens användbarhet i verkligheten. Enligt professor Berend Smit:

"Det här innovativa tillvägagångssättet påskyndar upptäckten av högpresterande material för koldioxidavskiljning, och överträffar traditionella trial-and-error-metoder."

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

Det skulle så småningom leda till att utvecklargemenskapen blir kapabel att fatta välgrundade beslut. PrISMas processlageregenskaper gör det möjligt att mäta och jämföra prestandan hos koldioxidavskiljningslösningar genom att hjälpa forskare att beräkna processprestandaparametrar, såsom renhet, återvinning och energibehov.

En avgörande parameter som avgör om en vetenskaplig eller teknisk lösning blir framgångsrik är dess ekonomiska lönsamhet. Prisma kan bedöma den ekonomiska och tekniska lönsamheten hos en koldioxidavskiljningsanläggning. Slutligen kan den utvärdera miljöpåverkan under anläggningens hela livscykel, vilket säkerställer omfattande hållbarhet.

Sammantaget är PrISMa inget mindre än revolutionerande eller transformerande. 

Vi började vår diskussion med en allmänt antagen lösning som hittades att vara otillräckliga och självförstörande. Nu, med PrISMa till forskarsamhällets förfogande, skulle det vara möjligt att utforma lösningar som skulle vara miljöeffektiva, skalbara och kostnadseffektiva från dag noll.

Klicka här för en lista över de bästa aktierna för avskiljning av koldioxid att investera i.