Ett "mekaniskt träd" är cirka 1,000 2022 gånger snabbare på att ta bort koldioxid från luften än ett naturligt träd. Den första är att börja arbeta i Arizona XNUMX. Illustration via Arizona State University
Två århundraden av förbränning av fossila bränslen har lagt ut mer koldioxid, en kraftfull växthusgas, i atmosfären än vad naturen kan ta bort. När CO2 byggs upp blir det fångar överskottsvärme nära jordens yta, vilket orsakar global uppvärmning. Det finns så mycket CO2 i atmosfären nu som de flesta scenarier visar Det räcker inte med att bara upphöra med utsläppen för att stabilisera klimatet – mänskligheten måste också ta bort CO2 från luften.
US Department of Energy har en ny Målet att skala upp direktflygning, en teknik som använder kemiska reaktioner till fånga upp CO2 från luften. Medan federal finansiering för kolavskiljning ofta drar till sig kritik eftersom vissa människor ser det som en ursäkt för att fossila bränslen ska fortsätta, kommer kolavlägsnande i någon form sannolikt fortfarande vara nödvändiga, visar IPCC-rapporter. Teknik för att ta bort kol mekaniskt är under utveckling och fungerar på en mycket liten skala, delvis på grund av att nuvarande metoder är oöverkomligt dyra och energikrävande. Men nya tekniker testas i år som kan hjälpa till att sänka energibehovet och kostnaderna.
Vi frågade Arizona State University Professor Klaus Lackner, en pionjär inom direkt luftavskiljning och kollagring, om teknikens tillstånd och vart den är på väg.
Vad är direkt kolborttagning och varför anses det nödvändigt?
När jag började intressera mig för kolhantering i början av 1990-talet var det som drev mig observationen att kol hopar sig i miljön. Det tar naturen tusentals år för att ta bort den koldioxiden, och vi är på en väg mot mycket högre CO2 koncentrationer, långt bortom allt som människor har upplevt.
Mänskligheten har inte råd att ha ökande mängder överskott av kol som flyter runt i miljön, så vi måste få ut det igen.
Alla utsläpp kommer inte från stora källor, som t.ex kraftverk eller fabriker, där vi kan fånga upp CO2 när det kommer ut. Så vi måste ta itu med den andra hälften av utsläppen – från bilar, flyg, att ta en varm dusch medan din gasugn släpper ut CO2. Det betyder att dra ut CO2 ur luften.
Eftersom CO2 blandas snabbt i luften spelar det ingen roll var i världen CO2 tas bort – borttaget har samma effekt. Så vi kan placera direkt luftfångningsteknik precis där vi planerar att använda eller lagra CO2.
Metoden för lagring är också viktig. Att lagra CO2 i bara 60 år eller 100 år är inte tillräckligt bra. Om 100 år från nu är allt det kolet tillbaka i miljön, allt vi gjorde var att ta hand om oss själva och våra barnbarn måste ta reda på det igen. Under tiden växer världens energiförbrukning med ca 2% per år.
Ett av klagomålen på direkt luftinfångning, utöver kostnaden, är att det är energikrävande. Kan den energianvändningen minskas?
Två stora energianvändningar vid direkt luftinfångning är fläktar som drar in luft och sedan uppvärmning för att utvinna CO2. Det finns sätt att minska energibehovet för båda.
Vi snubblade till exempel in i ett material som drar till sig CO2 när det är torrt och släpper ut det när det är blött. Vi insåg att vi kunde utsätta det materialet för vind och det skulle ladda upp med CO2. Då kunde vi göra det blött och det skulle det släpper ut CO2 på ett sätt som kräver mycket mindre energi än andra system. Att tillföra värme skapad från förnybar energi höjer CO2-trycket ännu högre, så vi har en CO2-gas blandad med vattenånga från vilken vi kan samla ren CO2.
Vi kan spara ännu mer energi om infångningen är passiv – det är inte nödvändigt att ha fläktar som blåser runt i luften; luften rör sig av sig själv.
Mitt labb skapar en metod för att göra detta, kallad mekaniska träd. De är höga vertikala kolonner av skivor belagda med ett kemiskt harts, cirka 5 fot i diameter, med skivorna cirka 2 tum från varandra, som en bunt skivor. När luften blåser igenom absorberar skivornas ytor CO2. Efter 20 minuter eller så är skivorna fulla och de sjunker ner i en tunna nedanför. Vi skickar in vatten och ånga för att släppa ut CO2 i en sluten miljö och nu har vi en lågtrycksblandning av vattenånga och CO2. Vi kan återvinna det mesta av värmen som gick till att värma upp lådan, så mängden energi som behövs för uppvärmning är ganska liten.
Genom att använda fukt kan vi undvika ungefär hälften av energiförbrukningen och använda förnybar energi för resten. Detta kräver vatten och torr luft, så det kommer inte att vara idealiskt överallt, men det finns också andra metoder.
Kan CO2 lagras säkert under lång tid, och finns det tillräckligt med den typen av lagring?
Jag började arbeta med konceptet mineralbindning på 1990-talet och ledde en grupp på Los Alamos. Världen kan faktiskt stoppa bort CO2 permanent genom att dra fördel av det faktum att det är en syra och vissa stenar är bas. När CO2 reagerar med mineraler som är rika på kalcium, det bildar fasta karbonater. Genom mineralisera CO2 så här, vi kan lagra en nästan obegränsad mängd kol permanent.
Till exempel finns det massor av basalt – vulkanisk sten – i Island som reagerar med CO2 och förvandlar det till fasta karbonater inom några månader. Island skulle kunna sälja certifikat för kolbindning till resten av världen eftersom det lägger undan CO2 för resten av världen.
Det finns också enorma underjordiska reservoarer från oljeproduktion i Permian Basin i Texas. Det finns stora salthaltiga akviferer. I Nordsjön, en kilometer under havsbotten, har energiföretaget Equinor fångat upp CO2 från en gasbearbetningsanläggning och lagrat en miljon ton CO2 per år sedan 1996, undviker Norges skatt på CO2-utsläpp. Mängden underjordisk lagring där vi kan göra mineralbindning är mycket större än vi någonsin kommer att behöva för CO2. Frågan är hur mycket som kan omvandlas till bevisad reserv
.Vi kan också använda direkt luftinfångning för att stänga kolslingan – vilket innebär att CO2 återanvänds, fångas upp och återanvänds igen för att undvika att producera mer. Just nu använder människor kol från fossila bränslen för att utvinna energi. Du kan omvandla CO2 till syntetiska bränslen – bensin, diesel eller fotogen – som inte har något kol i sig genom att blanda CO2 med grönt väte skapas med förnybar energi. Det bränslet kan enkelt skickas genom befintliga rörledningar och lagras i flera år, så att du kan producera värme och elektricitet i Boston en vinternatt med energi som samlades in som solsken i västra Texas förra sommaren. En tankfull "synfuel" kostar inte mycket, och det är mer kostnadseffektivt än ett batteri.
Department of Energy satte ett nytt mål att minska kostnaderna för koldioxidavlägsnande till 100 USD per ton och snabbt skala upp det inom ett decennium. Vad måste hända för att det ska bli verklighet?
DOE skrämmer mig eftersom de får det att låta som att tekniken redan är klar. Efter att ha försummat tekniken i 30 år kan vi inte bara säga att det finns företag som vet hur man gör det och allt vi behöver göra är att driva på det. Vi måste anta att detta är en ny teknik.
Climeworks är det största företaget som gör direktavskiljning kommersiellt och säljer CO2 på runt $500 till $1,000 XNUMX per ton. Det är för dyrt. Å andra sidan, för 50 dollar per ton, skulle världen kunna göra det. Jag tror att vi kan komma dit.
USA förbrukar cirka 7 miljoner ton CO2 om året handlarens CO2 – tänk på kolsyrade drycker, brandsläckare, spannmålssilor använder det för att kontrollera spannmålspulver, vilket är en explosionsrisk. Det genomsnittliga priset är $60-$150. Så under $100 har du en marknad.
Vad du verkligen behöver är ett regelverk som säger att vi kräver att CO2 läggs undan, och sedan kommer marknaden att gå från att fånga upp kiloton CO2 idag till att fånga gigaton CO2.
Vart ser du att denna teknik tar vägen om 10 år?
Jag ser en värld som överger fossila bränslen, förmodligen gradvis, men som har mandat att fånga upp och lagra all CO2 på lång sikt.
Vår rekommendation är att när kol kommer upp ur marken bör det matchas med ett lika stort avlägsnande. Om du producerar 1 ton kol förknippat med kol, olja eller gas måste du lägga bort 1 ton. Det behöver inte vara samma ton, men det måste finnas en intyg om kvarstad som säkerställer att den har lagts undan och att den måste hålla i mer än 100 år. Om allt kol är certifierat från det ögonblick det kommer upp ur marken är det svårare att lura systemet.
Ett stort okänt är hur hårt industrin och samhället kommer att driva på att bli koldioxidneutrala. Det är uppmuntrande att se företag som Microsoft och Stripe köpa koldioxidkrediter och certifikat för att ta bort CO2 och villig att betala ganska höga priser.
Ny teknik kan ta ett eller två årtionden att tränga igenom, men om den ekonomiska dragningen finns kan det gå fort. Det första kommersiella jetplanet var tillgängligt 1951. År 1965 var de allestädes närvarande.
Om författaren
Klaus Lackner, professor i teknik och chef för Center for Negative Carbon Emissions, Arizona State University
Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.
Relaterade böcker:
Framtiden vi väljer: överleva klimatkrisen
av Christiana Figueres och Tom Rivett-Carnac
Författarna, som spelade nyckelroller i Parisavtalet om klimatförändringar, erbjuder insikter och strategier för att hantera klimatkrisen, inklusive individuella och kollektiva åtgärder.
Klicka för mer info eller för att beställa
Den obebodliga jorden: livet efter uppvärmningen
av David Wallace-Wells
Den här boken utforskar de potentiella konsekvenserna av okontrollerade klimatförändringar, inklusive massutrotning, mat- och vattenbrist och politisk instabilitet.
Klicka för mer info eller för att beställa
Framtidsministeriet: En roman
av Kim Stanley Robinson
Den här romanen föreställer en nära framtidsvärld som brottas med effekterna av klimatförändringar och erbjuder en vision för hur samhället kan förändras för att hantera krisen.
Klicka för mer info eller för att beställa
Under a White Sky: The Nature of the Future
av Elizabeth Kolbert
Författaren utforskar den mänskliga påverkan på naturen, inklusive klimatförändringar, och potentialen för tekniska lösningar för att hantera miljöutmaningar.
Klicka för mer info eller för att beställa
Drawdown: Den mest omfattande planen som någonsin föreslagits för att omvända global uppvärmning
redigerad av Paul Hawken
Den här boken presenterar en omfattande plan för att hantera klimatförändringar, inklusive lösningar från en rad sektorer som energi, jordbruk och transport.
