Direktinfångning ur luft: ny reaktor kan effektivisera återvinningen av koldioxid

Forskare vid Rice University har utvecklat en elektrokemisk reaktor som kan minska energibehovet vid återvinning av koldioxid ur infångningslösningar. Resultaten från 2024 är lovande för direktinfångning ur luft, men visar ännu inte en färdig anläggning i kommersiell skala.

Utsläpp når nya höjder och leder till klimatkatastrofer

En rapport publicerad i BioScience som studerar det aktuella klimatläget fann att världen är “på gränsen till en oåterkallelig klimatkatastrof.” Samma studie visade att utsläppen från fossila bränslen har ökat till en historisk topp. Denna tillväxt framhölls av det faktum att de tre varmaste dagarna någonsin inträffade i juli 2024. Dessutom slog havsytans temperatur nya rekord 2024 i flera regioner.

Klimatdata understryker behovet av att minska utsläppen och anpassa samhället. Förnybar energi, effektivare resursanvändning och lägre utsläpp i transport och industri är exempel på åtgärder som kan kombineras.

Ingen enskild teknik löser klimatproblemet. Minskade utsläpp behöver kombineras med andra åtgärder. Infångning, användning och lagring av koldioxid (CCUS) kan bidra i vissa tillämpningar, men ersätter inte utsläppsminskningar.

Direktluftinfångning – nuvarande metoder

Direktinfångning ur luft, DAC, avskiljer CO₂ från omgivningsluften. Det är en teknisk metod bland flera för koldioxidborttagning, inte den mest använda totalt sett. Metoderna varierar i fråga om material, kemikalier och energibehov.

En grupp metoder låter luft passera ett material eller en lösning som binder CO₂. Bindningen kan sedan brytas för att frigöra koncentrerad koldioxid och återställa infångningsmedlet för återanvändning.

Regenereringen kan kräva en stor del av processens energi. Värme, kemiska reaktioner eller elektrokemi används beroende på material och systemdesign.

Aminbaserade sorbenter

Aminbaserade sorbenter används i många koldioxidinfångningsprocesser. De binder CO₂ och kan regenereras, men energibehov, nedbrytning och säkerhet beror på den specifika kemin. «Sorbent» är ett infångningsmaterial, inte sorbet.

Natrium- och kaliumhydroxid

Vattenbaserade lösningar med natrium- eller kaliumhydroxid kan också binda CO₂. De är starkt frätande och ska inte beskrivas som ofarliga. Vissa konventionella regenereringskedjor kräver hög temperatur, vilket ökar energibehovet.

Studie av PSE-reaktor för direktluftinfångning

Rice Universitys forskare undersökte ett sätt att regenerera infångningsmedlet vid rumstemperatur med elektricitet i stället för hög värme. Arbetet publicerades i Nature Energy¹.

Reaktorn använder en porös fast elektrolyt (PSE) mellan separata kamrar. Elektriska reaktioner och jontransport återbildar alkaliskt infångningsmedel och frigör koncentrerad CO₂. Processen använder fortfarande kemiska ämnen; det nya är hur regenereringen drivs och produkterna hålls åtskilda.

Testresultat för PSE‑reaktor för direktluftinfångning

I försöken delade reaktorn upp bikarbonat- och karbonatlösningar så att alkaliskt infångningsmedel och högren CO₂ erhölls separat. Omkring 90 % bibehållen infångningskapacitet rapporterades; det är inte en allmän uppgift om att 90 % av all CO₂ i luft avskiljdes. Studien rapporterade också drift längre än 100 timmar.

Vätgasproduktion

En alternativ kombination av elektrodreaktioner kan ge vätgas som samprodukt. Det kan vara relevant för bränslen och kemikalier, men energibehovet och nyttan måste bedömas för den valda processen.

Möjliga fördelar med PSE-reaktorn

Den modulära konstruktionen kan underlätta fortsatt utveckling och integration. Laboratorieresultaten är ett steg mot praktisk användning, men innebär inte att alla komponenter redan är kommersiellt validerade i denna tillämpning.

Kostnadseffektiv

Minskad användning av högtemperaturvärme kan påverka kostnaderna positivt. Totalkostnaden beror även på elpris, material, livslängd, produktbehandling och anläggningens skala.

Minska energibarriärer

Elektrokemisk regenerering kan göra det möjligt att använda förnybar el. Den faktiska energibesparingen behöver jämföras med en fullständig referensprocess under likvärdiga förhållanden.

Skalbar

Den modulära utformningen kan vara fördelaktig vid uppskalning. Fullskalig drift kräver ändå utrustning för luftkontakt, pumpning, styrning, CO₂-hantering och eventuell lagring.

Ren

I den demonstrerade regenereringsreaktionen förbrukades inga extra kemikalier netto och inga oönskade biprodukter bildades. Det betyder inte att hela anläggningens livscykel är fri från avfall eller miljöpåverkan.

Flexibilitet

Forskarna undersökte olika katod- och anodreaktioner. Det visar kemisk flexibilitet, men inte att reaktorn är den bästa lösningen i alla miljöer eller användningsfall.

Integration

Elektrisk regenerering vid rumstemperatur kan förenkla vissa delar av integrationen jämfört med högtemperaturprocesser. Reaktorn är en elförbrukande enhet, inte en generator, och den behöver fortfarande infångningslösning och annan processutrustning.

Forskare

Xiao Zhang, Zhiwei Fang, Peng Zhu, Yang Xia och Haotian Wang deltog i studien vid Rice University. Vidare utveckling behövs för att bedöma hur resultaten fungerar i större, kontinuerliga system.

Företag inom relaterad teknik

Intresset för koldioxidinfångning påverkas av klimatpolitik, energipriser och industriella behov. Företagen nedan arbetar med relaterad teknik; det finns här inget belägg för att de har infört Rice-reaktorn.

NET Power Inc

NPWR Prisdiagram

Det amerikanska företaget NET Power Inc (NPWR ) utvecklar en kraftprocess som använder naturgas och syrgas och cirkulerar CO₂ som arbetsmedium. Det är inte förnybar energiproduktion eller direktinfångning ur luft. Processen är konstruerad för att avskilja en stor del av den CO₂ som bildas vid förbränningen.

Den cirkulerande koldioxiden ingår i kraftcykeln, medan ett separat flöde kan avskiljas för lagring eller användning. Fossilt bränsle och utsläpp tidigare i leveranskedjan innebär att tekniken inte automatiskt har noll klimatpåverkan. Kommersiella anläggningar och deras prestanda måste bedömas separat.

NET Power har strategiska investerare och samarbetspartner, däribland Occidental, Baker Hughes (BKR ), Constellation och SK Group. Dessa relationer ger inte i sig grund för att beskriva aktien som ett säkert eller självklart köp.

Aker Carbon Capture

Aker Carbon Capture bildades 2020 med verksamhet inom koldioxidinfångning och koppling till Aker Horizons. Bolagsstrukturen ändrades väsentligt under 2024 när den operativa verksamheten fördes in i ett samriskbolag med SLB.

Verksamheten har arbetat med infångningsprojekt inom bland annat cement samt massa och papper. Ett kontrakt eller ett projekteringsuppdrag ska skiljas från en färdig och driftsatt anläggning.

Aker Carbon Capture var under 2024 noterat på Oslobörsen med koden ACC, alltså inte enbart tillgängligt via OTC-handel. Uppgifter om kassa och eget kapital måste läsas tillsammans med avyttringen av den operativa verksamheten och rätt rapportperiod.

Samriskbolaget med SLB slutfördes i juni 2024. SLB ägde 80 % och Aker Carbon Capture ASA 20 %. Transaktionen och kvarvarande tillgångar påverkar värderingen, men utgör inte automatiskt en köpsignal.

Förbättringar i tekniken för direktluftinfångning kan driva den gröna ekonomin

Den nya reaktorn kan bidra till utvecklingen av elektriskt driven koldioxidregenerering. Klimatnyttan beror på hela systemet, inklusive elkälla och hur infångad CO₂ hanteras. Vidare tester och uppskalning krävs innan bred användning kan bedömas.

Läs om andra spännande miljöprojekt idag.

Studierreferens:

^{1. Zhang, X., Fang, Z., Zhu, P., et al. (2025; publicerad online 2024). Elektrokemisk regenerering av högren CO₂ från (bi)karbonater i en porös fast elektrolytreaktor för effektiv koldioxidinfångning. Nature Energy, 10(1), 55–65. https://doi.org/10.1038/s41560-024-01654-z}