Eén 'mechanische boom' is ongeveer 1,000 keer sneller in het verwijderen van koolstofdioxide uit de lucht dan een natuurlijke boom. De eerste is om in 2022 in Arizona te gaan opereren. Illustratie via de Arizona State University
Twee eeuwen van verbranding van fossiele brandstoffen heeft meer koolstofdioxide, een krachtig broeikasgas, in de atmosfeer gebracht dan de natuur kan verwijderen. Naarmate die CO2 zich ophoopt, wordt het houdt overtollige warmte vast in de buurt van het aardoppervlak, waardoor het broeikaseffect ontstaat. Er is zoveel CO2 in de atmosfeer nu de meeste scenario's laten zien het beëindigen van de uitstoot alleen is niet genoeg om het klimaat te stabiliseren – de mensheid zal ook CO2 uit de lucht moeten halen.
Het Amerikaanse ministerie van Energie heeft een nieuwe doel opschalen directe luchtopname, een technologie die chemische reacties gebruikt om CO2 opvangen uit lucht. Hoewel federale financiering voor koolstofafvang vaak kritiek oproept omdat sommige mensen het als een excuus zien om door te gaan met het gebruik van fossiele brandstoffen, zal koolstofverwijdering in een of andere vorm waarschijnlijk nog steeds nodig zijn, blijkt uit IPCC-rapporten. Technologie om koolstof mechanisch te verwijderen is in ontwikkeling en werkt bij een zeer kleine schaal, deels omdat de huidige methoden onbetaalbaar en energie-intensief zijn. Maar nieuwe technieken worden dit jaar getest die kunnen helpen de energievraag en -kosten te verlagen.
We vroegen de Arizona State University Professor Klaus Lackner, een pionier op het gebied van directe luchtafvang en koolstofopslag, over de stand van de technologie en waar het naartoe gaat.
Wat is directe koolstofverwijdering en waarom wordt dit nodig geacht?
Toen ik begin jaren negentig geïnteresseerd raakte in koolstofbeheer, werd ik gedreven door de observatie dat koolstof zich ophoopt in het milieu. Het heeft de natuur nodig duizenden jaren om die CO2 te verwijderen, en we zijn op een traject naar veel hogere CO2 concentraties die veel verder gaan dan alles wat mensen hebben meegemaakt.
De mensheid kan het zich niet veroorloven om steeds meer overtollige koolstof in het milieu rond te laten drijven, dus we moeten het er weer uit zien te krijgen.
Niet alle emissies zijn afkomstig van grote bronnen, zoals energiecentrales of fabrieken, waar we CO2 kunnen opvangen als het eruit komt. Dus we moeten de andere helft van de uitstoot aanpakken - van auto's, vliegtuigen, het nemen van een warme douche terwijl je gasfornuis CO2 uitstoot. Dat betekent CO2 uit de lucht halen.
Omdat CO2 zich snel vermengt in de lucht, maakt het niet uit waar ter wereld de CO2 wordt verwijderd – de verwijdering heeft hetzelfde effect. Zo kunnen we technologie voor directe luchtafvang precies daar plaatsen waar we de CO2 willen gebruiken of opslaan.
Ook de manier van bewaren is belangrijk. Het opslaan van CO2 voor slechts 60 of 100 jaar is niet goed genoeg. Als over 100 jaar al die koolstof terug in het milieu is, hebben we alleen maar voor onszelf gezorgd, en onze kleinkinderen moeten het opnieuw uitzoeken. Ondertussen groeit het wereldwijde energieverbruik met ongeveer 2% per jaar.
Een van de klachten over directe luchtafvang, naast de kosten, is dat het energie-intensief is. Kan dat energieverbruik omlaag?
Twee grote energieverbruikers bij het direct opvangen van lucht zijn het laten draaien van ventilatoren om lucht aan te zuigen en vervolgens verwarmen om de CO2 te onttrekken. Er zijn manieren om de energievraag voor beide te verminderen.
Zo kwamen we een materiaal tegen dat CO2 aantrekt als het droog is en weer afgeeft als het nat is. We realiseerden ons dat we dat materiaal aan de wind konden blootstellen en dat het zou vollopen met CO2. Dan zouden we het nat kunnen maken en dat zou laat de CO2 . vrij op een manier die veel minder energie vereist dan andere systemen. Door warmte uit hernieuwbare energie toe te voegen, stijgt de CO2-druk nog hoger, dus we hebben een CO2-gas gemengd met waterdamp waaruit we pure CO2 kunnen halen.
We kunnen nog meer energie besparen als de afvang passief is – het is niet nodig om ventilatoren te hebben die de lucht rondblazen; de lucht beweegt vanzelf.
Mijn lab creëert een methode om dit te doen, genaamd mechanische bomen. Het zijn hoge verticale kolommen met schijven bedekt met een chemische hars, ongeveer 5 meter in diameter, met de schijven ongeveer 2 cm uit elkaar, als een stapel platen. Terwijl de lucht er doorheen blaast, nemen de oppervlakken van de schijven CO2 op. Na ongeveer 20 minuten zijn de schijven vol en zinken ze in een vat eronder. We sturen water en stoom om de CO2 in een gesloten omgeving te laten komen, en nu hebben we een lagedrukmengsel van waterdamp en CO2. We kunnen het grootste deel van de warmte terugwinnen die in het opwarmen van de doos is gestopt, dus de hoeveelheid energie die nodig is voor het verwarmen is vrij klein.
Door vocht te gebruiken, kunnen we ongeveer de helft van het energieverbruik vermijden en voor de rest hernieuwbare energie gebruiken. Dit vereist wel water en droge lucht, dus het zal niet overal ideaal zijn, maar er zijn ook andere methoden.
Is CO2 langdurig veilig op te slaan en is er voldoende van dat soort opslag?
Ik begon te werken aan het concept van minerale opslag in de jaren negentig, waarbij ik een groep leidde in Los Alamos. De wereld kan CO1990 zelfs permanent opbergen door te profiteren van het feit dat het een zuur is en dat bepaalde gesteenten basisch zijn. Wanneer CO2 reageert met mineralen die rijk zijn aan calcium, het vormt vaste carbonaten. Door mineraliseren van de CO2 zoals dit, wij kan opslaan een bijna onbeperkte hoeveelheid koolstof permanent.
Er is bijvoorbeeld veel basalt – vulkanisch gesteente – in IJsland dat reageert met CO2 en zet het binnen enkele maanden om in vaste carbonaten. IJsland zou certificaten van koolstofvastlegging aan de rest van de wereld kunnen verkopen omdat het CO2 opzij zet voor de rest van de wereld.
Er zijn ook enorme ondergrondse reservoirs van olieproductie in het Perm-bekken in Texas. Er zijn grote zoute watervoerende lagen. In de Noordzee, een kilometer onder de oceaanbodem, heeft het energiebedrijf Equinor CO2 van een gasverwerkingsinstallatie afgevangen en opgeslagen een miljoen ton CO2 per jaar sinds 1996, het vermijden van Noorwegen belasting op CO2-uitstoot. De hoeveelheid ondergrondse opslag waar we mineralen kunnen vastleggen is veel groter dan we ooit nodig zullen hebben voor CO2. De vraag is hoeveel kan worden omgezet in bewezen reserve
.We kunnen ook gebruik maken van directe luchtvangst om de koolstofkringloop te sluiten – wat betekent dat CO2 wordt hergebruikt, opgevangen en opnieuw wordt gebruikt om te voorkomen dat er meer wordt geproduceerd. Op dit moment gebruiken mensen koolstof uit fossiele brandstoffen om energie te winnen. Je kunt CO2 omzetten in synthetische brandstoffen – benzine, diesel of kerosine – die geen koolstof bevatten door de CO2 te mengen met groene waterstof gemaakt met hernieuwbare energie. Die brandstof kan gemakkelijk door bestaande pijpleidingen worden vervoerd en jarenlang worden opgeslagen, zodat je in Boston op een winternacht warmte en elektriciteit kunt produceren met energie die afgelopen zomer als zonneschijn in West-Texas werd verzameld. Een tank vol "synfuel" kost niet veel, en het is kosteneffectiever dan een batterij.
Het ministerie van Energie heeft een nieuw doel gesteld om de kosten van de verwijdering van kooldioxide te verlagen tot 100 dollar per ton en deze binnen tien jaar snel op te schalen. Wat moet er gebeuren om dat waar te maken?
DOE maakt me bang omdat ze het laten klinken alsof de technologie al klaar is. Na 30 jaar de technologie te hebben verwaarloosd, kunnen we niet zomaar zeggen dat er bedrijven zijn die weten hoe ze het moeten doen, en het enige wat we hoeven te doen is het voort te stuwen. We moeten aannemen dat dit een ontluikende technologie is.
Climeworks is het grootste bedrijf dat commerciële afvangst doet en het verkoopt CO2 tegen ongeveer $ 500 tot $ 1,000 per ton. Dat is te duur. Aan de andere kant, voor $ 50 per ton, zou de wereld het kunnen doen. Ik denk dat we er kunnen komen.
De VS verbruiken ongeveer 7 miljoen ton CO2 per jaar in handelaar CO2 – denk aan koolzuurhoudende dranken, brandblussers, graansilo's gebruiken het om graanpoeder te controleren, wat een explosiegevaar is. De gemiddelde prijs is $ 60- $ 150. Dus onder de $ 100 heb je een markt.
Wat je echt nodig hebt, is een regelgevend kader dat zegt dat we eisen dat CO2 wordt opgeborgen, en dan zal de markt overgaan van het afvangen van kiloton CO2 vandaag naar het opvangen van gigaton CO2.
Waar zie je deze technologie gaan in 10 jaar?
Ik zie een wereld die fossiele brandstoffen verlaat, waarschijnlijk geleidelijk, maar een mandaat heeft om alle CO2 op lange termijn af te vangen en op te slaan.
Onze aanbeveling is dat wanneer koolstof uit de grond komt, dit gepaard moet gaan met een gelijke verwijdering. Als u 1 ton koolstof produceert die verband houdt met kolen, olie of gas, moet u 1 ton opzij zetten. Het hoeft niet dezelfde ton te zijn, maar er moet een certificaat van beslaglegging dat verzekert dat het is opgeborgen, en het moet meer dan 100 jaar meegaan. Als alle koolstof is gecertificeerd vanaf het moment dat het uit de grond komt, is het moeilijker om het systeem te bedriegen.
Een grote onbekende is hoe hard de industrie en de samenleving zullen aandringen om COXNUMX-neutraal te worden. Het is bemoedigend om bedrijven te zien zoals Microsoft en Stripe die COXNUMX-credits koopt en certificaten om CO2 te verwijderen en bereid zijn vrij hoge prijzen te betalen.
Het kan een decennium of twee duren voordat nieuwe technologie doordringt, maar als de economische aantrekkingskracht er is, kan het snel gaan. De eerste commerciële jet was beschikbaar in 1951. In 1965 waren ze alomtegenwoordig.
Over de auteur
Klaus Lackner, hoogleraar Engineering en directeur van het Center for Negative Carbon Emissions, Arizona State University
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Related Books:
De toekomst die we kiezen: de klimaatcrisis overleven
door Christiana Figueres en Tom Rivett-Carnac
De auteurs, die een sleutelrol speelden in de Overeenkomst van Parijs over klimaatverandering, bieden inzichten en strategieën voor het aanpakken van de klimaatcrisis, inclusief individuele en collectieve actie.
Klik voor meer info of om te bestellen
De onbewoonbare aarde: leven na opwarming
door David Wallace-Wells
Dit boek onderzoekt de mogelijke gevolgen van ongecontroleerde klimaatverandering, waaronder massale uitsterving, voedsel- en waterschaarste en politieke instabiliteit.
Klik voor meer info of om te bestellen
Het Ministerie van de Toekomst: een roman
door Kim Stanley Robinson
Deze roman verbeeldt een wereld in de nabije toekomst die worstelt met de gevolgen van klimaatverandering en biedt een visie op hoe de samenleving zou kunnen transformeren om de crisis het hoofd te bieden.
Klik voor meer info of om te bestellen
Onder een witte lucht: de aard van de toekomst
door Elizabeth Kolbert
De auteur onderzoekt de menselijke impact op de natuurlijke wereld, inclusief klimaatverandering, en het potentieel voor technologische oplossingen om milieu-uitdagingen aan te pakken.
Klik voor meer info of om te bestellen
Drawdown: het meest uitgebreide plan ooit voorgesteld om opwarming van de aarde tegen te gaan
onder redactie van Paul Hawken
Dit boek presenteert een alomvattend plan voor het aanpakken van klimaatverandering, inclusief oplossingen uit een reeks sectoren zoals energie, landbouw en transport.
