Framtiden för avskiljning och lagring av koldioxid ser ljus ut.
Dess förmåga att eliminera användningen av fossila bränslen har potential att dramatiskt minska den globala uppvärmningen. Men vilka är nyckelelementen som kommer att driva denna teknik framåt?
Förbränningsfångst
Pre-combustion capture and storage, även känd som CCUS, är en lovande ny teknik för att minska koldioxidutsläppen inom kraftindustrin.
Denna teknik används för att binda koldioxid i fossila bränslen innan de förbränns. I processen delas bränslet i väte och CO2, som sedan avlägsnas för lagring eller återanvändning.
Den vanligaste tillämpningen av CCUS är inom kraftproduktionsindustrin. Men ett antal industriella processer är också möjliga med denna teknik.
Jämfört med infångning efter förbränning erbjuder förbränningsfångning en högre effektivitet och lägre energibehov. Det är särskilt användbart för den senaste generationen av kolanläggningar. Även om denna teknik kräver ytterligare kapitalinvesteringar är den ett kostnadseffektivt alternativ för stora, stationära utsläppskällor.
Pre-combustion capture kan implementeras i nybyggda kraftverk eller eftermonteras till befintliga anläggningar. Med denna teknik separeras CO2 från rökgasen med hjälp av ett kemiskt lösningsmedel.
När lösningsmedlet har regenererats körs blandningen genom en stripper för att avlägsna CO2 från gasen. Efter att avgaserna har separerats kan de transporteras med rörledning eller fartyg till lagringsplatser.
En annan fördel med att använda ett avskiljningssystem före förbränning är möjligheten att transportera den infångade CO2 till lagringsplatser djupt under jord.
Denna metod kan användas i utarmade kolbäddar eller oljefält. Dessa geologiska lagringsplatser har fördelen av att vara porösa, vilket gör dem till ett hållbart alternativ för permanent lagring av CO2.
Lagringsalternativ och teknologier
Det finns ett antal tekniker att välja mellan när man bestämmer sig för den bästa CO2-lagringsmetoden för en viss anläggning. Några av dessa inkluderar vätskelagring, geologisk lagring och fast lagring. Alla dessa alternativ kan användas för att minska den globala uppvärmningen. För de senare är saltlösningar och petroleumfält väl lämpade för lagring.
Flera andra potentiella lagringsalternativ inkluderar användning av geologisk lagring av CO2 i en reservoar eller akvifer. Den största nackdelen med att lagra CO2 på dessa platser är kostnaden för att transportera den infångade gasen till platsen.
De mest utvecklade teknikerna för avskiljning och lagring av CO2 testas i liten skala, men det återstår fortfarande mycket arbete för att till fullo visa deras effektivitet.
Transporten
Eftersom CO2 kan lagras i vätska, gas och fast form, kan den transporteras med rörledning eller med fartyg. Ett antal teknologier är för närvarande under utveckling, inklusive membran och fasta sorbenter.
Koldioxid kan transporteras med fartyg, rörledning eller land. Det kan också lagras i djupa saltvattenakviferer eller i utarmade kolbäddar. Beroende på lagringsplatsen kan CO2 lagras permanent eller återanvändas för förbättrad oljeutvinning.
Geologiska formationer
Lagring av CO2 i djupa geologiska formationer är ett viktigt ämne i debatten om kolavskiljning och lagring. Geologiska formationer har använts för att lagra olja och gas i miljontals år, och de har potential att lagra CO2 också.
Flera potentiella lagringsplatser inkluderar: mineralkolsyra, djupa saltvattenakviferer, skifferbassänger och gasfält. Dessutom finns det flera pilotprojekt som har genomförts runt om i världen.
Djupa saltvattenakviferer
Djupa saltvattenakviferer har störst kapacitet för CO2-lagring. De är porösa klippformationer infunderade med saltlake och kan sträcka sig över stora volymer under jorden. De är inte idealiska för industriella ändamål.
Saltvattenakviferer erbjuder ett mer direkt sätt att lagra CO2 än andra geologiska sekvestreringsmetoder. De har dock studerats mindre än andra potentiella lagringsplatser. Därför måste ett effektivt lagringssystem baseras på en kombination av fysiska och geokemiska fångstmekanismer.
Tätningsmekanism
Det finns fyra huvudmekanismer som hindrar CO2 från att fly lagringsplatsen. Dessa inkluderar strukturell, fysikalisk, geokemisk och resterande fångst.
Alla dessa fyra mekanismer måste finnas för att förhindra migration av CO2. Som ett resultat beror effektiviteten av en geologisk sekvestreringsprocess på den kombinerade effekten av alla dessa mekanismer.
Kapacitet och integritet
Några av de viktigaste egenskaperna hos en lagringsplats är kapaciteten och integriteten hos lagringsresursen. En tillräcklig kapacitet säkerställer att platsen har den porvolym som behövs för säker lagring. Det gör det också möjligt att upprätthålla korrekta injektionshastigheter. Likaså är närvaron av tillräcklig inneslutning och permeabilitet avgörande.
Pilotprojekt är i allmänhet utformade för att testa genomförbarheten av en viss metod för att fånga och lagra CO2. Sådana ansträngningar ger en mängd information om de processer som är involverade i geologisk lagring. Dessutom kan de svara på frågor som är av intresse för potentiella användare av sådan teknik.
Även om kostnaden för att fånga upp CO2 är oöverkomlig, kan intäkterna från att producera olja kompensera kostnaderna för att lagra den. Dessutom, om lagringsplatsen är en geologisk sådan, regleras den av nationella lagar, och riskerna för människor och miljön minimeras genom lämpliga mätsystem.
Direkt luftinfångning
Direkt luftinfångning (DAC) är en ny teknik för att avlägsna CO2 från atmosfären. I denna metod fångas CO2-molekyler av en giftfri kaliumhydroxidlösning som rinner över tunna plastytor.
Denna process binder CO2 från luften, vilket resulterar i att hundratals ton CO2 fångas upp per år. Det infångade kolet återvinns sedan för återanvändning i den ursprungliga infångningslösningen.
För närvarande används direkt luftinfångning i småskaliga anläggningar i Kanada och USA. Den första storskaliga DAC-anläggningen kommer att vara i drift i Permian Basin i sydvästra USA i mitten av 2020-talet. Dessa anläggningar har en fångstkapacitet på upp till en miljon ton CO2 per år.
Storskalig utbyggnad av DAC är möjlig i områden där energiförsörjningen är riklig och billig. Till exempel i USA har en naturgasbehandlingsanläggning börjat leverera koldioxid till oljefält genom den första storskaliga rörledningen i västra Texas.
Ett antal företag utforskar en mängd olika DAC-tekniker. Ett företag, Carbon Engineering, bygger en direkt luftavskiljningsanläggning i Squamish, Kanada, med planer på att vara i drift 2024.
En annan, 1PointFive, utvecklar megatonskaliga anläggningar i USA, med ett mål att fånga 70 storskaliga DAC-anläggningar till 2035.
Bland andra företag utvecklar konsortiet Norsk e-Fuels en anläggning för att producera syntetiska bränslen från kol som fångas upp från atmosfären. Den siktar på produktion av upp till tre miljoner liter syntetiska bränslen till 2024. Andra projekt inkluderar HIF Haru Oni eFuels Pilot Plant, som syftar till att producera syntetiska bränslen från elektrolysbaserat väte.
En annan DAC-metod är baserad på sorbenter och aminmaterial. De använder porösa fasta stöd, som binder till CO2-molekylerna i luften. Dessa sorbenter arbetar vid medel- eller lågtryck.
Även om DAC fortfarande är i ett tidigt skede har det fått betydande stöd från Europeiska kommissionen. Flera forsknings- och innovationsprogram syftar till att stödja denna teknik.
Framtiden för DAC kommer dock att bero på teknikens utveckling och tekniska prestanda. Mer forskning behövs för att säkerställa säker, effektiv och tillförlitlig lagring av infångat kol.
Det finns också oro över effekterna av rörledningar, vattenföroreningar och seismisk aktivitet. Direkt luftfångst är dock fortfarande ett viktigt steg i kampen mot klimatförändringarna.
Slutsats
Framtiden för teknik för koldioxidavskiljning är full av löften och potential. Eftersom världen fortsätter att kämpa med effekterna av klimatförändringarna har dessa teknologier förmågan att spela en viktig roll för att minska de globala utsläppen.
Med ökade investeringar och utveckling kan vi komma närmare en renare, hälsosammare planet för alla. Teknik för avskiljning av kol har potential att förändra hur vi ser på energiproduktion och att minska vårt beroende av fossila bränslen.