Fångst av koldioxid – Är havets djup en livskraftig lösning?

Koldioxid (CO2) är en viktig och den mest producerade växthuseffekten som hjälper till att fånga värme i vår atmosfär. Denna värmefångande gas uppstår från både mänskliga och naturliga aktiviteter. 

Naturliga källor inkluderar processer som vulkanutbrott och djur som andas ut koldioxid som en avfallsprodukt. Samtidigt inkluderar mänskliga aktiviteter som leder till CO2-utsläpp skogsbränder och energiproduktion som innebär utvinning och förbränning av fossila bränslen såsom naturgas, olja och kol. Ungefär 45 % av den koldioxid som människor släpper ut stannar faktiskt i atmosfären, vilket i stor utsträckning bidrar till den globala uppvärmningen. 

Utan koldioxid skulle planeten Jorden vara extremt kall, vilket skulle göra den obeboelig. Med det sagt, den ökade koncentrationen av denna gas i vår atmosfär höjer nu de genomsnittliga globala temperaturerna.

År 2019, USA ensam släppte ut 5 130 miljoner metriska ton CO2 relaterat till energi medan de globala utsläppen har varit 33 621,5 miljoner metriska ton, enligt uppskattningar från US Energy (BSIN ) Information Administration.

Följaktligen ökar intresset för koldioxidsequestrering, en process som fångar och lagrar atmosfärisk koldioxid. Detta tillvägagångssätt syftar till att minska CO2-nivåerna i atmosfären och mildra den globala klimatförändringen.

Insatser för att stödja detta mål inkluderar övergång till rena energisystem och avkolning av högutsläppssektorer såsom transport och byggnation. Bland dessa initiativ framträder koldioxidsequestrering särskilt som en samarbetsmetod med den naturliga miljön för att tackla klimatförändringen.

Koldioxidsequestrering är en nyckelmetod för att avlägsna koldioxid från jordens atmosfär, med huvudfokus på permanent lagring av CO2. Denna process kan ske på två sätt: biologiskt och geologiskt.

Geologisk koldioxidsequestrering innebär lagring av CO2 i underjordiska formationer. Enligt United States Geological Survey (USGS) nationella bedömning från 2013 av geologisk koldioxidsequestrering, finns en uppskattad genomsnittlig lagringspotential på 3 000 metriska gigaton koldioxid. Enligt organisationens bedömning har regionen Coastal Plains, inklusive kustområden från Texas till Georgia, den största lagringspotentialen för CO2.

Ett av sätten det görs på är via grafenproduktion, som kräver CO2 som råmaterial. Grafen är ett lätt, flexibelt material med mycket hög resistans, vilket gör det fördelaktigt inom bygg, energi, elektronik och hälsosektorn.

Sen har ingenjörsmolekyler vars form förändras för att bilda nya föreningar genom att fånga CO2 från luften. Carbon Capture and Storage (CCS) innebär samtidigt att fånga CO2 som produceras av industriell verksamhet, komprimera och transportera den till djupa underjordiska anläggningar och slutligen injicera den i bergformationer för permanent lagring.

Att injicera koldioxid i underjordiska reservoarer ger fördelen att öka oljeproduktionen. Metoden är dock inte utan nackdelar. Problem som koldioxidmigration och läckage, förorening av grundvatten och seismiska risker kopplade till injektionen kan uppstå. Dessutom saknar många delar av världen lämpliga geologiska förutsättningar för reservoarinjektion.

Biologisk koldioxidsequestrering kallas en ‘indirekt’ eller passiv form av sequestrering. I denna metod lagras CO2 i den naturliga miljön i så kallade ‘koldioxidsänkor’, såsom jord, skogar, gräsmarker, hav och andra vattenkroppar.

Skogar anses faktiskt vara en av de bästa formerna av naturlig koldioxidsequestrering. Trots allt lagrar skogar i genomsnitt dubbelt så mycket kol som de släpper ut. Under fotosyntesen binder CO2 till växter och byter ut det mot syre. En uppskattning visar att en fjärdedel av de globala CO2-utsläppen sequestreras tillsammans med skogar i andra vegetativa former, såsom gräsmarker, fält, prärier etc.

När det gäller jord: CO2 fångas och lagras som karbonater, som ackumuleras under tusentals år när de kombineras med element som kalcium. Även om CO2 så småningom släpps ut från jorden tar denna process tusentals år.

I vattenmiljöer, inklusive stora vattenmassor, står dessa för en fjärdedel av den CO2 som avlägsnas från jordens atmosfär. Det är främst de övre lagren av haven som lagrar kol, men överdrivna mängder kan leda till vattenförsurning och negativt påverka biologisk mångfald.

Ett växande fokus nu har lagts på att utveckla teknik som kan möjliggöra koldioxidsequestrering i massiv skala.

Klicka här för en lista över de främsta bioteknikföretagen som arbetar med att hitta en lösning på hotet från den globala uppvärmningen.

Ultrasnabb metod för koldioxidsequestrering

Forskare från University of Texas at Austin har upptäckt ett nytt och extremt snabbt sätt att lagra den koldioxid som fångas från atmosfären. Det är inte bara snabbare än konventionella metoder utan gör det också utan att kräva de skadliga kemiska acceleranter som används i konventionella metoder eller mekanisk omrörning.

Publicerad i ACS Sustainable Chemistry & Engineering har den nya forskningen utvecklat en teknik för ultrasnabb bildning av koldioxidhydrater. Dessa material är unika och isliknande som kan begrava CO2 i havet och förhindra deras utsläpp i atmosfären. ​

“Vi står inför en enorm utmaning — att hitta ett sätt att säkert avlägsna gigaton av kol från vår atmosfär — och hydrater erbjuder en universell lösning för koldioxidlagring. För att de ska bli en betydande del av koldioxidlagringspusslet behöver vi tekniken för att odla dem snabbt och i stor skala.” 

– Vaibhav Bahadur, professor i Walker Department of Mechanical Engineering

Forskningen visar att hydrater kan odlas snabbt, dessutom utan att använda några kemikalier som neutraliserar de miljömässiga fördelarna med koldioxidinfångning. Dessutom ser teamet det som ett mycket effektivt sätt för gigaskalig koldioxidlagring. Och om vissa knutar och problem kan övervinnas, kan hydrater bli ett föredraget sätt att fånga och lagra kol.

Teamet noterade att skapandet av dessa hydrater för att fånga kol inte bara har varit en långsam process men också energikrävande, vilket har hindrat detta från att bli den populära metoden för koldioxidlagring i stor skala, fram till nu.

I den nya studien lyckades forskarna uppnå en upp till sexfaldig ökning av hydratformationshastigheten jämfört med tidigare metoder. Den snabba processen, tillsammans med att den är fri från kemikalier gör hydrater lämpliga för den storskaliga lagringen av kol.

Men det som faktiskt eliminerar behovet av kemikalier, vilket möjliggör förbättrad absorption, energi‑effektivitet, och kostnadseffektivitet, är magnesium, som var ‘hemliga ingrediensen’ i forskningen.

Magnesium (Mg), en glänsande grå metall med låg densitet, låg smältpunkt och hög kemisk reaktivitet, förekommer naturligt i kombination med andra element. Metallen fungerar här som en trigger som tar bort behovet av kemiska medel. Tillsatsen av magnesium stöds av bubblandet av koldioxid med hög flödeshastighet i en särskild reaktorkonfiguration. Reaktortrycket är den primära faktorn för sequestreringshastigheten.

Således beror förbättringen av CO2‑sequestreringshastigheten, som baseras på netto gasförbrukning, på den höga flödeshastigheten av konstant gasinflöde och -utflöde i närvaro av magnesium. Denna metod ökar tillväxthastigheten genom att kontinuerligt förnya gränssnittet mellan gas, vatten och hydrater.

Det som gör tekniken enklare att implementera är att den fungerar ganska bra med havsvatten, vilket innebär att den inte behöver komplexa avsaltningsprocesser för att skapa färskvatten. Den snabba bildningen av skum med saltvatten kommer avsevärt att förbättra den ekonomiska prestandan för tekniken, enligt teamet. Enligt Bahadur, som ledde forskningen:

“Hydrater är attraktiva alternativ för koldioxidlagring eftersom havsbottnen erbjuder stabila termodynamiska förhållanden, vilket skyddar dem från nedbrytning.” 

På detta sätt är koldioxidlagringen i princip redo för användning för varje nation på planeten med en kustlinje. Därmed görs denna metod för att lagra kol “mer tillgänglig och genomförbar i global skala och för oss närmare att uppnå en hållbar framtid,” tillade han.

Enligt forskarna kommer skummet att möjliggöra nya metoder för att transportera och sequestrera CO2. Men implikationerna av detta framsteg går bortom enbart koldioxidsequestrering. ​Den ultrasnabba bildningen av hydrater kan även hitta tillämpningar inom gasseparation och lagring och avsaltning.

På så sätt erbjuder den nya tekniken en mångsidig lösning för olika industrier. Därför har forskarna ansökt om ett par patent relaterade till tekniken, och överväger även att starta ett företag för att kommersialisera den.

Inte alla initiativ är framgångsrika 

Med tanke på vikten av att avkolna miljön utforskar forskare och världsledare olika sätt och ny teknik för att nå klimatmålen. 

Förra året upptäckte forskare en mikroorganism utanför kusten av en vulkanö nära Sicilien som äter CO2 “otroligt snabbt.” Mikroberna, som först hittades i september 2022, är “hypereffektiva på att konsumera CO2 genom fotosyntes”, snabbare än andra kända cyanobakterier. Forskare uttalade att mikrobiella processer är mycket mer kapital‑effektiva än tekniska ingrepp och också “inherent skalbara” eftersom de “kan implementeras i olika miljöer, från öppna dammar till bioreaktorer.”

För några månader sedan rapporterade forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) utvecklingen av testutrustning med hög noggrannhet för att mäta prestanda hos material (sorbenter) som används för att fånga och avlägsna kol från luften. Apparaten möjliggör för NIST att skapa forskningsklassade testmaterial (RGTM) sorbenter för industrin för direkt luftinfångning (DAC). Det låter företag testa sina sorbenter och verifiera deras effektivitet innan de skalar upp.

Denna månad föreslog australiska forskare att använda solenergi för att fånga och lagra kol i gruvavfall. De genomför för närvarande den första bedömningen och analysen av att använda koncentrerad solvärme för serpentinaktivering för att producera aktiverade råmaterial för koldioxidinfångning och lagringsprocesser via mineralkarbonatisering.

Forskare upptäcker till och med sätt att omvandla växthusgaser direkt till fasta bränslen som kan användas för att värma hem eller driva industrier. Till exempel utvecklade forskare vid MIT och Harvard University processen och demonstrerade fångst och elektrokemisk omvandling av gasen till pulver. Den fasta formen används sedan i ett laboratorium för att producera elektricitet via en bränslecell.

Således har det tydligt funnits ett ökat fokus på att fånga och lagra kol, med mycket forskning och finansiering investerad i sådana insatser. Dock har inte alla initiativ varit framgångsrika. Ett framträdande exempel är det amerikanska klimatstart‑up‑företaget Running Tide.

Under Running Tides kolavlägsningsprocess utvecklar ett nätverk av flytande träbojar “mikroskogar” av tång för att “sluka kol från luft och vatten” och kalksten för att “fungera som ett antacida för havets ytlager.” Tången skärs sedan av för att sjunka ner i havet, där den absorberar CO2 och förblir begravd djupt i tusentals år.

Företaget, enligt sin webbplats, har rapporterats ha avlägsnat 25 000 ton kol genom två vägar:

• Förbättring av havets alkalinitet
• Nedläggning av biomassa

Running Tide säljer också koldioxidkrediter, som representerar en ton kol som avlägsnas från den snabba cykeln. För ungefär ett år sedan levererade start‑upen de första koldioxidkrediterna från ett öppet havsprojekt, med krediterna förhands sålda till e‑handelsjätten Shopify. Senare köpte Microsoft (MSFT ) också koldioxidkrediter från start‑upen.

I juni meddelade start‑upen att den skulle stängas ner. Running Tide grundare och VD Mark Odlin i ett LinkedIn‑inlägg:

“Tyvärr påbörjar vi idag processen att stänga ner Running Tides globala verksamhet eftersom vi inte kan säkra rätt typ av finansiering för att fortsätta vårt arbete med den nödvändiga brådska.”

Enligt inlägget är koldioxidmarknaden frivillig och det finns inte “den efterfrågan som behövs för att stödja storskalig kolavlägsning” och tillägger, “vår integritet kommer att bedömas på om vi uppnår segervillkoret och inget annat.”

I inlägget hävdade han att start‑upen “utförde det största framgångsrika kolavlägsningsprojektet i öppet hav”, dessutom “med lägst kostnad, i de hårdaste miljöerna, med högsta kvalitetskrav.”

Företaget har rapporterats ha sänkt omkring 19 000 ton träflis i Islands kustvatten. Denna enorma dumpning har varit “fullständigt oövervakad”, uppgav den isländska veckotidningen, Heimildin, som också påpekade bristen på tillsyn av verksamheten och avsaknaden av verifiering av företagets påståenden om att de hade sequestrerat 25 000 ton kol på havsbotten.

Running Tides nedläggning och frågor kring dess verksamhet visar att även om alla ansträngningar och forskning väcker entusiasm, så blir initiativ inte alltid verklighet och det finns ett behov av mer statligt stöd och tekniska genombrott för att faktiskt åstadkomma en förändring.

#1. ExxonMobil (XOM)

Som ett av de ledande börsnoterade företagen som investerar kraftigt i tekniker för koldioxidinfångning och lagring (CCS), med flera pågående projekt för att minska sitt koldioxidavtryck, kan ExxonMobil (XOM ) dra stor nytta av University of Texas forskning om havsbaserad koldioxidsequestrering.

Den havsbaserade koldioxidsequestreringstekniken kan hjälpa ExxonMobil att stärka sitt teknologiska ledarskap och minska regulatoriska kostnader relaterade till koldioxidutsläpp.

Ekonomiskt kan det spara betydande belopp genom att minska potentiella koldioxidskatter och skapa nya intäktsströmmar via försäljning av koldioxidkrediter. Dessutom kan dessa framsteg förbättra ExxonMobils miljö‑, social‑ och styrningsbetyg (ESG), vilket gör det mer attraktivt för miljömedvetna investerare. Företaget rapporterade en omsättning på 413,7 miljarder dollar år 2023​​.

#2. Occidental Petroleum (OXY)

Occidental Petroleum (OXY ) är en ledare i utvecklingen av storskaliga CCS‑projekt, särskilt de som integrerar infångad kol i processer för förbättrad oljeutvinning (EOR). Genom att anta havsbaserad koldioxidsequestrering kan Occidental ytterligare diversifiera sina CCS‑initiativ och förbättra sina hållbarhetspraxis. 

Ekonomiskt ger denna teknik dubbla fördelar: den hjälper till att minska koldioxidskatter och genererar ytterligare intäkter genom koldioxidkrediter. Dessutom kan utnyttjandet av infångad kol i EOR förbättra oljeutvinningsgraden, vilket ökar produktions effektivitet och lönsamhet. Företaget rapporterade en omsättning på 28,92 miljarder dollar år 2023.

Avslutande tankar

Att förhindra ytterligare uppvärmning av jordens atmosfär och att tackla klimatförändringarna är globala prioriteringar. Olika åtgärder, inklusive att fasa ut koldioxidutsläppande bränslen och att sätta juridiskt bindande mål för nettonollutsläpp, har antagits. Att fånga och lagra CO2 är ännu en viktig lösning för att avkolna vår planet.

Denna koldioxidsequestrering kan uppnås på flera sätt där havets djup erbjuder en attraktiv plats för detta. Havet är en koldioxidsänke som använder en biologisk kolpumpe—fytoplankton—för att transportera ytkoldioxid till havsbotten via näringskedjan, där den lagras på lång sikt. Fysiska pumpar, drivna av havscirkulation, hjälper också till att sequestrera löst kol.

Med tanke på dess enorma lagringskapacitet och naturliga förmåga att absorbera CO2, kombinerat med isolering från atmosfären, är djuphavet en populär metod för koldioxidlagring. Tekniker varierar från direkt CO2‑injektion i djuphavet till näringstillsats för att stimulera fytoplanktonstillväxt och utnyttjande av högt tryck och låga temperaturer för att bilda fasta hydrater.

Denna metod är dock inte utan utmaningar, som exemplifieras av Running Tide‑fallet, och problem som försurning, kostnad, övervakning, verifiering och hållbarhet uppstår.

Det är endast genom ständig forskning och utveckling, som utförs av forskare från University of Texas, som vi kan hitta lösningar som hjälper till att lagra kol utan att skada miljön. Sammantaget utgör havets djup ett lovande men osäkert alternativ för koldioxidsequestrering.

Klicka här för en lista över de fem bästa aktierna för koldioxidinfångning.