Good Mood

door Renee Cho / November 27, 2018

het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) stelt dat het beperken van de opwarming van de aarde tot 1.,5C zou de meest catastrofale gevolgen van de klimaatverandering kunnen voorkomen. In zijn recente verslag heeft het vier manieren genoemd om dit te bereiken —en alle daarvan zijn afhankelijk van het verwijderen van kooldioxide uit de atmosfeer. Dit komt omdat zelfs als we het grootste deel van onze koolstofuitstoot tot nul reduceren, de emissies van de landbouw en de luchtvaart moeilijk volledig te elimineren zouden zijn., En aangezien koolstofdioxide dat al in de atmosfeer zit het klimaat honderden tot duizenden jaren kan beïnvloeden, stelt het IPCC dat koolstofdioxideverwijderingstechnologieën van cruciaal belang zullen zijn om deze eeuw van 100 tot 1000 gigaton CO2 af te komen.

Hoe kan kooldioxide worden verwijderd?

Er zijn verschillende CDR-strategieën die zich in verschillende ontwikkelingsstadia bevinden en die variëren in kosten, baten en risico ‘ s., CDR-benaderingen die gebruik maken van bomen, planten en bodem om koolstof op te nemen, worden al tientallen jaren op grote schaal gebruikt; andere strategieën die meer afhankelijk zijn van technologie bevinden zich meestal in de demonstratie-of proeffase. Elke strategie heeft voors en tegens.

bebossing en herbebossing

naarmate planten en bomen groeien, nemen ze kooldioxide uit de atmosfeer en veranderen het in suikers door fotosynthese. Op deze manier absorberen bossen in de VS 13 procent van de koolstofuitstoot van het land; wereldwijd slaan bossen bijna een derde van de wereldwijde emissies op.,

het planten van extra bomen kan meer koolstof uit de atmosfeer verwijderen en lange tijd opslaan, en de bodemkwaliteit tegen relatief lage kosten verbeteren—$0 tot $20 per ton koolstof. Bebossing betekent het planten van bomen waar er voorheen geen waren; herbebossing betekent het herstellen van bossen waar bomen zijn beschadigd of uitgeput.,bebossing kan echter concurreren om land dat Voor landbouw wordt gebruikt, Net zoals de voedselproductie tegen 2050 met 70% moet toenemen om de groeiende wereldbevolking te voeden. Het kan ook gevolgen hebben voor de biodiversiteit en ecosysteemdiensten.

en hoewel bossen koolstof decennialang kunnen opslaan, doen ze er vele jaren over om te groeien en kunnen ze in decennia tot eeuwen verzadigd raken. Ze vereisen ook een zorgvuldig beheer, omdat ze onderhevig zijn aan menselijke en natuurlijke effecten, zoals bosbranden, droogte en plagen.,

koolstofvastlegging in de bodem

De koolstof die planten absorberen uit de atmosfeer in fotosynthese wordt deel van de bodem wanneer ze afsterven en ontbinden. Het kan er millennia blijven of het kan snel worden vrijgegeven, afhankelijk van de klimatologische omstandigheden en hoe de bodem wordt beheerd. Minimale Grondbewerking, bedekkingsgewassen, vruchtwisseling en het achterlaten van gewasresten op het veld helpen bodems meer koolstof op te slaan.

het IPCC, dat van mening is dat koolstofvastlegging in de bodem het vermogen heeft om CO2 tegen de laagste kosten—$0 tot $100 per ton—te verminderen, schat dat koolstofvastlegging in de bodem tegen 2050 tussen de 2 en 5 gigaton koolstofdioxide per jaar kan verwijderen. Ter vergelijking, ‘ s werelds energiecentrales vrijgegeven 32,5 gigaton CO2 in 2017.

koolstofvastlegging in de bodem zou onmiddellijk kunnen worden toegepast, en zou de bodemgezondheid verbeteren en de opbrengst van gewassen verhogen; bovendien zou het land-en watervoorraden niet belasten., Maar terwijl de bodem in het begin grote hoeveelheden koolstof opslaat, kan het na 10 tot 100 jaar verzadigd raken, afhankelijk van het klimaat, de bodemsoort en de manier waarop het wordt beheerd.

bio-energie met carbon capture and storage (Becc ‘ S)

als we installaties voor energie verbranden in een energiecentrale en de resulterende emissies opvangen en opslaan, wordt het CO2 dat de installaties eerder absorbeerden uit de atmosfeer verwijderd. De CO2 kan dan worden gebruikt voor verbeterde olieterugwinning of geïnjecteerd in de aarde waar het wordt afgezonderd in geologische formaties.

het IPCC schat dat BECCS tussen 0 kan verwijderen.,5 en 5 gigaton koolstof per jaar tegen 2050. Om voldoende koolstof te absorberen om de wereld op 2 te houden, zouden echter energiegewassen moeten worden geplant op een gebied dat tot drie keer zo groot is als India, volgens één schatting; en zelfs kleinere hoeveelheden Becc ‘ s zouden concurreren met land dat nodig is voor voedselproductie. Een studie concludeerde dat grootschalige Becc ‘ s de wereldwijde bosbedekking met 10 procent kunnen doen dalen en twee keer zoveel water nodig hebben als momenteel wereldwijd wordt gebruikt voor de landbouw., Becc ‘ s kunnen ook gevolgen hebben voor de biodiversiteit en ecosysteemdiensten, en broeikasgasemissies veroorzaken door landbouw en gebruik van meststoffen.

Op dit moment is BECCS duur. Op dit moment is er maar één BECCS—project in de wereld-een ethanolfabriek in Decatur, IL die meer dan 1,4 miljoen ton CO2 heeft opgevangen en opgeslagen. Omdat er zo weinig onderzoeksprojecten zijn en BECCS op grote schaal niet getest is, bevindt het zich nog in een vroeg stadium van ontwikkeling., Terwijl de huidige kostenramingen voor Becc ‘ s variëren tussen de $30 en $400 per ton CO2, onderzoeken project dat de kosten kunnen dalen tot $100 tot $200 per ton koolstof in 2050. Niettemin wordt BECCS beschouwd als een van de potentieel effectiefste koolstofdioxideverwijderingsstrategieën voor koolstofopslag op lange termijn.,de National Academies of Sciences ,Engineering and Medicine projecten die, gezien wat we vandaag de dag weten, bebossing en herbebossing, koolstofvastlegging in de bodem en Becc ‘ s, samen met duurzame bosbouwbeheerspraktijken (zoals het uitdunnen van bossen en voorgeschreven brandwonden) kunnen worden opgeschaald om 1 gigaton koolstof per jaar in de VS en 10 gigaton wereldwijd op te slaan. Dit vereist echter enorme veranderingen in het beheer van landbouw -, bos-en biomassa-afval.,

Koolstofmineralisatie

Deze strategie maakt gebruik van een natuurlijk proces waarbij reactieve materialen zoals peridotiet of basaltische lava zich chemisch binden met CO2, waardoor vaste carbonaatmineralen zoals kalksteen ontstaan die CO2 miljoenen jaren kunnen opslaan. De reactieve materialen kunnen worden gecombineerd met CO2-dragende vloeistof op koolstofafvangstations, of de vloeistof kan worden gepompt in reactieve rotsformaties waar ze van nature voorkomen.

wetenschappers van het Earth Institute Lamont-Doherty Earth Observatory werken al enkele jaren aan koolstofmineralisatie en vinden manieren om de natuurlijke reactie te versnellen om de CO2-opname te verhogen en deze permanent op te slaan. Lamont – onderzoeksprofessor David Goldberg en zijn collega ‘ s onderzoeken bijvoorbeeld de haalbaarheid van de opslag van 50 miljoen ton of meer CO2 in basaltreservoirs in het noordwesten van de Stille Oceaan., Gedurende 20 jaar zou het project CO2 uit industriële bronnen, zoals productie-en fossiele-brandstofcentrales, injecteren in basalt 200 mijl uit de kust, aan de oostelijke flank van de Juan De Fuca-bergkam. Daar, onder 2600 meter water en nog eens 200 meter sediment, bevat het basalt reservoir porieruimten die zouden opvullen als de CO2 mineraliseert tot carbonaat kalksteen. In dit gebied reageert het basalt snel en de mineralisatie zou slechts twee jaar of minder kunnen duren., Goldberg ‘ s team heeft factoren geanalyseerd, waaronder hoe de CO2 te transporteren, hoe het chemisch zou reageren, en hoe de site in de loop van de tijd kan worden gemonitord.

de volgende stap is het starten van een proefproject om 10.000 ton CO2 op te slaan. “Een pilot project is van cruciaal belang om de bal vooruit voor basalt offshore koolstofmineralisatie, zowel om technische en regelgevende redenen,” zei Goldberg., Het zou de onderzoekers in staat stellen om te experimenteren met verschillende soorten injecties—bijvoorbeeld of ze continu of intermitterend moeten zijn—en vragen te beantwoorden als ‘hoe snel vult de porieruimte zich?’die alleen in het veld getest kan worden. Daarnaast is een proefproject van essentieel belang om inzicht te krijgen in de regelgevende implicaties van koolstofmineralisatie, aangezien er momenteel geen regelgeving bestaat. Canada en de VS zouden pas beginnen met het creëren van een regelgevend kader als ze een proefproject hebben. Goldberg zegt dat ze nog steeds op zoek zijn naar financiering voor een pilot project, maar “er is veel interesse.,CarbFix, een IJslands project waar Goldberg ook aan werkte, legt sinds 2012 koolstof op en mineraliseert deze in de grootste geothermische centrale van het land, gerund door Reykjavik Energy. Terwijl de installatie draait op geothermische hernieuwbare energie, stoot ze nog steeds een kleine hoeveelheid CO2 uit; CarbFix injecteert jaarlijks 12.000 ton CO2 in de grond voor $30 per ton.

omdat koolstofmineralisatie gebruik maakt van natuurlijke chemische processen, heeft het de potentie om een economische, Niet-toxische en permanente manier te bieden om enorme hoeveelheden koolstof op te slaan., Er zijn echter nog steeds technische en milieuvragen die moeten worden beantwoord – volgens het rapport van de National Academies zou koolstofmineralisatie mogelijk watervoorraden kunnen besmetten of aardbevingen kunnen veroorzaken.

directe luchtafvang

directe luchtafvang zuigt kooldioxide uit de lucht door ventilatoren te gebruiken om lucht te verplaatsen over stoffen die specifiek aan kooldioxide binden., (Dit concept is gebaseerd op het werk van Klaus Lackner, directeur van het Center for Negative Carbon Emissions aan de Arizona State University, die jarenlang directeur was van het Lenfest Center for Sustainable Energy van het Earth Institute.) De technologie maakt gebruik van verbindingen in een vloeibare oplossing of in een coating op een vaste stof die CO2 opvangen als ze ermee in contact komen; wanneer ze later worden blootgesteld aan hitte en chemische reacties, geven ze de CO2 vrij, die vervolgens kan worden gecomprimeerd en ondergronds opgeslagen., De voordelen van directe luchtafvang zijn dat het eigenlijk een negatieve emissietechnologie is—het kan koolstof verwijderen die al in de atmosfeer zit, in tegenstelling tot het vastleggen van nieuwe emissies die worden gegenereerd—en de systemen kunnen bijna overal worden geplaatst.in een kolencentrale is ongeveer één op de tien moleculen in het uitlaatgas CO2, maar CO2 in de atmosfeer is minder geconcentreerd. Slechts één op de 2.500 moleculen is CO2, dus het proces voor het verwijderen van CO2 is duurder dan het opvangen van koolstof uit fossiele-brandstofcentrales., Directe luchtafvang begon bij $ 600 per ton koolstof; momenteel kost het $ 100-$200 per ton – nog steeds duur, deels omdat er geen economische prikkels (zoals een koolstofbelasting) of secundaire milieuvoordelen (zoals verbeterde bodemkwaliteit) zijn om CO2 uit de lucht te verwijderen. Het verbeteren van de technologie zodat CO2 efficiënter kan worden opgevangen en/of het verkopen van de opgevangen CO2 kan de prijs omlaag brengen. Drie bedrijven-Swiss Climeworks, Canadian Carbon Engineering en American Global thermostaat-werken hieraan.,de eerste commerciële fabriek van Climeworks in de buurt van Zürich vangt 1000 ton CO2 per jaar, die in een kas wordt gebruikt om de oogst met 20 procent te verhogen. In 2017 installeerde het bedrijf een directe luchtafvangeenheid als een demo in de IJslandse fabriek van Reykjavik Energy om een kleine hoeveelheid CO2 op te vangen die vervolgens ondergronds wordt opgeslagen door CarbFix.

Climeworks heeft nu 14 installaties voor directe luchtafvang in Europa gebouwd of in aanbouw; de Italiaanse fabriek gebruikt de opgevangen CO2 om methaanbrandstof voor vrachtwagens te maken.Carbon Engineering, dat Bill Gates als investeerder heeft, heeft een fabriek in West-Canada die een miljoen ton CO2 per jaar kan opvangen. Het projecteert dat het op grote schaal CO2 kan verwijderen voor $ 100 tot $ 150 per ton. Het doel is om CO2 te gebruiken om koolstofneutrale synthetische koolwaterstofbrandstoffen te maken, wat de kosten verder zou verlagen., Het bedrijf stelt dat een faciliteit met behulp van deze” lucht aan brandstoffen ” proces, eenmaal opgeschaald, zou kunnen produceren brandstof op minder dan $1 dollar per liter.

Global thermostaat, die zijn eerste fabriek bouwt in Huntsville, AL, wil zijn prijs verlagen tot $50 per ton door het opgevangen CO2 te verkopen aan een frisdrankbedrijf. Het bedrijf zou Kleine on-site “capture plants” in de frisdrankmaker faciliteiten te bouwen, waardoor de kosten voor energie en transport.

Een studie voorspelde dat directe luchtafvang 0,5 tot 5 gigaton CO2 per jaar zou kunnen opzuigen tegen 2050 en mogelijk 40 gigaton tegen 2100., Grootschalige directe luchtafvang kan echter uiteindelijk milieueffecten hebben als gevolg van de winning, raffinage, transport en afvalverwijdering van de mineralen die de koolstofemissies opvangen.

terwijl directe luchtafvang een groot potentieel heeft voor de verwijdering van kooldioxide, bevindt deze zich nog in een vroeg stadium van ontwikkeling. Gelukkig krijgt het enige steun van het Congres in de vorm van de FUTURE Act (de bevordering van koolstofafvang, gebruik, Technologie, ondergrondse opslag en Reduced Emissions Act)., De wet verdubbelt de belastingkredieten voor het vastleggen en permanent opslaan van kooldioxide in geologische formaties en het gebruik ervan voor verbeterde oliewinning; voor bedrijven die koolstof omzetten in andere producten zoals cement, chemicaliën, kunststoffen en brandstoffen; en biedt een belastingkrediet van $35 per ton CO2 via directe luchtafvang.

verhoogde verwering

rotsen en grond worden verweerd door te reageren met CO2 in de lucht of in zure regen, die van nature optreedt wanneer CO2 in de lucht oplost in regenwater., De rotsen breken af, waardoor bicarbonaat ontstaat, een koolstofput, die uiteindelijk de oceaan in wordt gevoerd, waar het wordt opgeslagen. Verbeterde verwering versnelt dit proces door het verspreiden van verpulverd gesteente, zoals basalt of olivijn, op landbouwgrond of op de oceaan. Het kan worden verpletterd en verspreid op velden en stranden, en zelfs gebruikt voor paden en speeltuinen.

verbeterde verwering kan de bodemkwaliteit verbeteren en als het alkalische bicarbonaat in de oceaan spoelt, kan het helpen de verzuring van de oceaan te neutraliseren., Maar het kan ook de pH en chemische eigenschappen van de bodem veranderen en ecosystemen en grondwater beïnvloeden. Mijnbouw, slijpen en transport van het gesteente zou kostbaar zijn, veel energie vergen en extra koolstofuitstoot en luchtvervuiling veroorzaken. Door de vele variabelen en het feit dat de meeste beoordelingen van verbeterde verwering niet in het veld zijn getest, lopen de kostenramingen sterk uiteen.,

Oceaanalkalinisatie, beschouwd als een soort versterkte verwering, omvat het toevoegen van alkalische mineralen, zoals olivijn, aan het oceaanoppervlak om de CO2-opname te verhogen en de verzuring van de oceaan tegen te gaan. Een studie schatte dat deze strategie tussen 100 ton en 10 gigaton CO2 per jaar zou kunnen vastleggen, voor kosten variërend van $14 tot meer dan $500 per ton. De ecologische effecten zijn echter onbekend.

Oceaanbemesting

Oceaanbemesting zou voedingsstoffen, vaak ijzer, toevoegen aan de oceaan om algenbloei te veroorzaken, die meer CO2 zou absorberen door fotosynthese. Door het stimuleren van de groei van fytoplankton—de basis van de voedselketen—kan de bemesting van de oceaan echter invloed hebben op de lokale en regionale voedselproductiviteit. Enorme algenbloei kan ook eutrofiëring veroorzaken en leiden tot dode zones zonder zuurstof. Naast de mogelijke effecten op het ecosysteem heeft het ook minder potentieel om koolstof op de lange termijn vast te leggen.,

blauwe koolstof aan de kust

kwelders, mangroven, zeegrassen en andere planten in getijden wetlands zijn verantwoordelijk voor meer dan de helft van de koolstof die in de oceaan-en kustecosystemen wordt opgeslagen. Deze blauwe koolstof kan millennia worden opgeslagen in de planten en sedimenten. De wetlands worden echter vernietigd door runoff en vervuiling, droogte en kustontwikkeling—elk half uur gaat een voetbalveld met zeegras verloren. Het herstellen en creëren van wetlands en het beter beheren ervan zou hun koolstofopslag kunnen verdubbelen., Gezonde wetlands bieden ook bescherming tegen stormen, verbeteren de waterkwaliteit en ondersteunen het mariene leven.

Er zijn weinig schattingen van het koolstofverwijderingspotentieel van blauwe koolstof, maar de kosten zouden laag tot nul zijn.

en enkele ideeën voor de toekomst

Y Combinator, een organisatie die veelbelovende startups financiert, heeft een oproep gedaan om te werken aan nieuwe soorten koolstofdioxideverwijderingstechnologieën, die nog niet buiten een laboratorium zijn getest., In het bijzonder zijn ze op zoek naar projecten op vier gebieden:

• door de genen van fytoplankton te wijzigen, zouden ze koolstof kunnen vastleggen in gebieden van de mondiale oceaan die niet over de voedingsstoffen beschikken die nodig zijn voor fotosynthese.
• Elektrogeochemie maakt gebruik van elektriciteit uit hernieuwbare bronnen om zoutwater af te breken tot waterstof (dat als brandstof kan worden gebruikt) en zuurstof, die in aanwezigheid van mineralen een sterk reactieve oplossing oplevert. Deze oplossing absorbeert kooldioxide uit de atmosfeer en verandert het in bicarbonaat.,
• enzymsystemen versnellen chemische reacties die kooldioxide kunnen veranderen in andere nuttige organische verbindingen. Y Combinator wil graag enzymsystemen creëren die dit buiten levende cellen kunnen doen om koolstoffixatie te vereenvoudigen.
• Het Laatste idee is het creëren van 4,5 miljoen kleine oases in woestijnen om fytoplankton te hosten dat CO2 zou absorberen. Ze zouden ook zoet water leveren en vegetatie ondersteunen die ook koolstof kan opzuigen.

Wat is nodig om de verwijdering van kooldioxide te bevorderen?,

elke CDR-technologie is op een bepaald niveau haalbaar, maar heeft onzekerheden over de kosten, de technologie, De snelheid van de mogelijke implementatie of de milieueffecten. Het is duidelijk dat niemand de ultieme oplossing biedt voor klimaatverandering.”koolstofdioxide verwijdering alleen kan het niet,” zei Kate Gordon, een fellow bij het Columbia Center on Global Energy Policy., “Als er één ding is dat het IPCC-rapport echt onderstreept is dat we een portfolio nodig hebben—we moeten de uitstoot drastisch verminderen, we moeten meer hernieuwbare energieopties bedenken om fossiele brandstoffen te vervangen, we moeten veel dingen elektrificeren die momenteel op aardolie draaien en dan moeten we een enorme hoeveelheid koolstof verwijderen.”Op korte termijn zou ze graag meer inzet en opvoering zien van beproefde strategieën, zoals het planten van bomen en duurzamere landbouwpraktijken.,

in feite werd in een nieuwe studie vastgesteld dat het planten van bomen en het verbeteren van het beheer van graslanden, landbouwgronden en wetlands 21 procent van de jaarlijkse broeikasgasemissies van de VS tegen relatief lage kosten zouden kunnen vastleggen.

het verder ontwikkelen van de andere koolstofdioxideverwijderingsstrategieën zal aanzienlijke bedragen vergen.,

” De klimaatfilantropiegemeenschap moet dit eigenlijk erkennen als onderdeel van de klimaatoplossing—het is echt belangrijk dat het deel wordt van die portfolio, ” zei Gordon. “We hebben ook een vrij aanzienlijke federale R&D budget nodig dat aan deze strategieën wordt besteed, zodat we kunnen beginnen met het verbeteren van de technologie en een beter inzicht krijgen in hoeveel het kost om elk van deze dingen te doen, hoe effectief ze zijn en hoe veilig ze zijn.”

het vaststellen van een financiële prikkel om koolstof weg te nemen, zoals een koolstofbelasting of sancties voor het uitstoten van koolstof, zou ook helpen.,”Dit is de volgende grens van het energie, klimaat en technologie gesprek,” zei Gordon. “We moeten dit ding voor zijn als we concurrerend willen blijven—als we het grootste deel van’ s werelds schone energie en geavanceerde energie-patenten willen blijven hebben…anders kopen we het van iemand anders, omdat iemand het gaat doen.”