Jedno „mechaniczne drzewo” usuwa dwutlenek węgla z powietrza około 1,000 razy szybciej niż drzewo naturalne. Pierwszy to rozpoczęcie działalności w Arizonie w 2022 roku. Ilustracja za pośrednictwem Uniwersytetu Stanowego Arizony
Dwa wieki spalania paliw kopalnych spowodowały, że do atmosfery trafiło więcej dwutlenku węgla, potężnego gazu cieplarnianego, niż natura jest w stanie usunąć. W miarę gromadzenia się CO2 zatrzymuje nadmiar ciepła blisko powierzchni Ziemi, powodując globalne ocieplenie. W atmosferze jest teraz tak dużo CO2, że większość scenariuszy pokazuje samo zakończenie emisji nie wystarczy ustabilizować klimat – ludzkość również będzie musiała usuwać CO2 z powietrza.
Departament Energii USA ma nowy cel skalować w górę bezpośrednie przechwytywanie powietrza, technologia, która wykorzystuje reakcje chemiczne do wychwytywanie CO2 z powietrza. Podczas gdy fundusze federalne na wychwytywanie dwutlenku węgla często spotykają się z krytyką, ponieważ niektórzy postrzegają je jako usprawiedliwienie dalszego korzystania z paliw kopalnych, usuwanie dwutlenku węgla w jakiejś formie prawdopodobnie nadal być konieczne, pokazują raporty IPCC. Technologia mechanicznego usuwania węgla jest opracowywana i działa w bardzo mała skala, po części dlatego, że obecne metody są zaporowo drogie i energochłonne. Ale nowe techniki są testowane w tym roku, co może pomóc w obniżeniu zapotrzebowania na energię i kosztów.
Zapytaliśmy profesora Uniwersytetu Stanowego Arizony Klausa Lacknera, pioniera w bezpośrednim wychwytywaniu powietrza i składowaniu dwutlenku węgla, o stanie technologii i jej kierunku.
Co to jest bezpośrednie usuwanie węgla i dlaczego uważa się to za konieczne?
Kiedy zainteresowałem się zarządzaniem węglem na początku lat 1990., skłoniło mnie to, że węgiel gromadzi się w środowisku. To wymaga natury tysiące lat na usunięcie tego CO2i jesteśmy na trajektoria w kierunku znacznie wyższego CO2 stężenia, znacznie przekraczające wszystko, czego doświadczyli ludzie.
Ludzkość nie może sobie pozwolić na to, aby w środowisku unosiła się coraz większa ilość nadmiaru węgla, więc musimy go usunąć.
Nie wszystkie emisje pochodzą z dużych źródeł, takich jak elektrownie lub fabryki, gdzie możemy wychwytywać CO2 w momencie, gdy się wydostaje. Musimy więc poradzić sobie z drugą połową emisji – z samochodów, samolotów, brania gorącego prysznica, podczas gdy twój piec gazowy gasi CO2. Oznacza to wyciąganie CO2 z powietrza.
Ponieważ CO2 szybko miesza się z powietrzem, nie ma znaczenia, w którym miejscu na świecie CO2 jest usuwany – usuwanie ma ten sam wpływ. Dzięki temu możemy umieścić technologię bezpośredniego wychwytywania powietrza dokładnie tam, gdzie planujemy używać lub składować CO2.
Ważny jest również sposób przechowywania. Przechowywanie CO2 przez zaledwie 60 lub 100 lat to za mało. Jeśli za 100 lat cały ten węgiel wróci do środowiska, wszystko, co zrobiliśmy, to zadbanie o siebie, a nasze wnuki będą musiały to ponownie rozgryźć. W międzyczasie światowe zużycie energii rośnie o około 2% rocznie.
Jednym z zarzutów dotyczących bezpośredniego wychwytywania powietrza, oprócz kosztów, jest to, że jest energochłonny. Czy można zmniejszyć zużycie energii?
Dwa duże zastosowania energii w bezpośrednim wychwytywaniu powietrza to uruchamianie wentylatorów, które wciągają powietrze, a następnie ogrzewanie w celu wydobycia CO2. Istnieją sposoby na zmniejszenie zapotrzebowania na energię w obu przypadkach.
Na przykład natknęliśmy się na materiał, który przyciąga CO2, gdy jest suchy i uwalnia go, gdy jest mokry. Zdaliśmy sobie sprawę, że możemy wystawić ten materiał na działanie wiatru i załadować się CO2. Wtedy moglibyśmy go zmoczyć i to by uwolnij CO2 w sposób, który wymaga znacznie mniej energii niż inne systemy. Dodanie ciepła wytworzonego z energii odnawialnej jeszcze bardziej podnosi ciśnienie CO2, dzięki czemu mamy gaz CO2 zmieszany z parą wodną, z której możemy zbierać czysty CO2.
Możemy zaoszczędzić jeszcze więcej energii, jeśli przechwytywanie jest pasywne – nie trzeba mieć wentylatorów dmuchających powietrzem; powietrze porusza się samo.
Moje laboratorium opracowuje metodę, aby to zrobić, zwaną drzewa mechaniczne. Są to wysokie pionowe kolumny dysków pokrytych żywicą chemiczną, o średnicy około 5 stóp, z dyskami w odległości około 2 cali, jak stos płyt. W miarę przedmuchiwania powietrza powierzchnie dysków pochłaniają CO2. Po około 20 minutach dyski są pełne i opadają do beczki poniżej. Wysyłamy wodę i parę, aby uwolnić CO2 do zamkniętego środowiska, a teraz mamy niskociśnieniową mieszaninę pary wodnej i CO2. Możemy odzyskać większość ciepła, które zostało użyte do nagrzania pudełka, więc ilość energii potrzebnej do ogrzania jest dość mała.
Wykorzystując wilgoć, możemy uniknąć około połowy zużycia energii, a do reszty wykorzystać energię odnawialną. Wymaga to wody i suchego powietrza, więc nie wszędzie będzie to idealne rozwiązanie, ale są też inne metody.
Czy CO2 można bezpiecznie przechowywać przez długi czas i czy jest wystarczająco dużo tego rodzaju składowania?
Zacząłem pracować nad koncepcją sekwestracji minerałów w latach 1990., prowadząc grupę w Los Alamos. Świat może właściwie odprowadzić CO2 na stałe, wykorzystując fakt, że jest to kwas, a niektóre skały są zasadą. Kiedy CO2 reaguje z minerałami bogatymi w wapń, tworzy stałe węglany, Przez mineralizacja CO2 w ten sposób, my sklep z puszkami prawie nieograniczona ilość węgla na stałe.
Na przykład jest dużo bazaltu – skały wulkanicznej – in Islandia, która reaguje z CO2 i zamienia go w stałe węglany w ciągu kilku miesięcy. Islandia mogłaby sprzedawać certyfikaty sekwestracji dwutlenku węgla reszcie świata, ponieważ odkłada CO2 dla reszty świata.
W basenie permskim w Teksasie znajdują się również ogromne podziemne zbiorniki z wydobycia ropy naftowej. Występują duże warstwy wodonośne solankowe. Na Morzu Północnym, kilometr pod dnem oceanu, firma energetyczna Equinor wychwytuje CO2 z zakładu przetwarzania gazu i magazynuje milion ton CO2 rocznie od 1996 roku, unikając Norwegii podatek od emisji CO2. Ilość podziemnego magazynu, w którym możemy przeprowadzić sekwestrację minerałów, jest znacznie większa niż kiedykolwiek będziemy potrzebować dla CO2. Pytanie, ile można przeliczyć na sprawdzoną rezerwę
.Możemy również użyć bezpośredniego przechwytywania powietrza zamknąć pętlę węglową – co oznacza, że CO2 jest ponownie wykorzystywany, wychwytywany i ponownie wykorzystywany, aby uniknąć większej produkcji. Obecnie ludzie wykorzystują węgiel z paliw kopalnych do pozyskiwania energii. Możesz przekształcić CO2 w paliwa syntetyczne – benzynę, olej napędowy lub naftę – które nie zawierają węgla, mieszając CO2 z zielony wodór stworzony z wykorzystaniem energii odnawialnej. To paliwo może z łatwością przesyłać istniejące rurociągi i być przechowywane przez lata, dzięki czemu można produkować ciepło i energię elektryczną w Bostonie w zimową noc, wykorzystując energię zebraną jako światło słoneczne w zachodnim Teksasie zeszłego lata. Zbiornik pełen „synpaliwa” nie kosztuje dużo i jest bardziej opłacalny niż akumulator.
Departament Energii wyznaczył sobie nowy cel obniżenia kosztów usuwania dwutlenku węgla do 100 USD za tonę i szybkiego zwiększenia go w ciągu dekady. Co musi się stać, aby stało się to rzeczywistością?
DOE mnie przeraża, ponieważ sprawia wrażenie, jakby technologia była już gotowa. Po 30 latach zaniedbywania technologii nie możemy po prostu powiedzieć, że są firmy, które wiedzą, jak to robić i jedyne, co musimy zrobić, to pchać dalej. Musimy założyć, że jest to rodząca się technologia.
Climeworks jest największą firmą zajmującą się bezpośrednim wychwytywaniem na skalę komercyjną, która sprzedaje CO2 po około 500 do 1,000 USD za tonę. To jest zbyt drogie. Z drugiej strony świat mógłby to zrobić przy 50 USD za tonę. Myślę, że możemy się tam dostać.
Stany Zjednoczone zużywają około 7 mln ton CO2 rocznie w kupiec CO2 – myśl, że napoje gazowane, gaśnice, silosy zbożowe używają go do kontrolowania proszku zbożowego, co stanowi zagrożenie wybuchem. Średnia cena to 60-150 USD. Więc poniżej 100 $ masz rynek.
To, czego naprawdę potrzebujesz, to ramy regulacyjne, które mówią, że domagamy się usunięcia CO2, a następnie rynek przesunie się z wychwytywania kiloton CO2 dzisiaj na wychwytywanie gigaton CO2.
Gdzie widzisz tę technologię za 10 lat?
Widzę świat, który porzuca paliwa kopalne, prawdopodobnie stopniowo, ale ma mandat do wychwytywania i przechowywania całego CO2 w dłuższej perspektywie.
Naszą rekomendacją jest to, że gdy węgiel wydobywa się z ziemi, powinien być połączony z równym usuwaniem. Jeśli produkujesz 1 tonę węgla związanego z węglem, ropą lub gazem, musisz odłożyć 1 tonę. Nie musi to być ta sama tona, ale musi być zaświadczenie sekwestracji to zapewnia, że został odłożony i musi trwać ponad 100 lat. Jeśli cały węgiel jest certyfikowany od momentu, gdy wyjdzie z ziemi, trudniej oszukać system.
Wielką niewiadomą jest to, jak mocno przemysł i społeczeństwo będą naciskać, aby stać się neutralnymi pod względem emisji dwutlenku węgla. To zachęcające widzieć firmy takie jak Microsoft i Stripe kupując kredyty węglowe i certyfikaty do usuwania CO2 i gotowi zapłacić dość wysokie ceny.
Przeniknięcie nowej technologii może zająć dekadę lub dwie, ale jeśli pojawi się presja ekonomiczna, sprawy mogą toczyć się szybko. Pierwszy komercyjny odrzutowiec był dostępny w 1951. W 1965 były wszechobecne.
O autorze
Klaus Lackner, profesor inżynierii i dyrektor Centrum Ujemnych Emisji Węgla, Arizona State University
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Powiązane książki:
Przyszłość, którą wybieramy: przetrwanie kryzysu klimatycznego
autorstwa Christiany Figueres i Toma Rivetta-Carnaca
Autorzy, którzy odegrali kluczową rolę w porozumieniu paryskim w sprawie zmian klimatu, przedstawiają spostrzeżenia i strategie radzenia sobie z kryzysem klimatycznym, w tym działania indywidualne i zbiorowe.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Ziemia niezamieszkana: życie po ociepleniu
David Wallace-Wells
Ta książka bada potencjalne konsekwencje niekontrolowanych zmian klimatu, w tym masowe wymieranie, niedobór żywności i wody oraz niestabilność polityczną.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Ministerstwo dla przyszłości: powieść
autorstwa Kima Stanleya Robinsona
Ta powieść przedstawia świat niedalekiej przyszłości zmagający się ze skutkami zmian klimatu i oferuje wizję tego, jak społeczeństwo może się zmienić, aby stawić czoła kryzysowi.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Pod białym niebem: natura przyszłości
Elżbieta Kolbert
Autor bada wpływ człowieka na świat przyrody, w tym zmiany klimatyczne, oraz potencjał rozwiązań technologicznych w odpowiedzi na wyzwania środowiskowe.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Awaria: najbardziej kompleksowy plan, jaki kiedykolwiek zaproponowano, aby odwrócić globalne ocieplenie
pod redakcją Paula Hawkena
Ta książka przedstawia kompleksowy plan przeciwdziałania zmianom klimatycznym, w tym rozwiązania z różnych sektorów, takich jak energetyka, rolnictwo i transport.
