Good Mood

kan ta bort kol från atmosfären rädda oss från Klimatkatastrofen?

av Renee Cho/November 27, 2018

en rendering av Carbon Engineering storskaliga koldioxidavlägsnande anläggning, som kommer att använda direkt luftfångst. Foto: Kol Engineering Ltd.

mellanstatliga panelen för klimatförändringar (IPCC) hävdar att den globala uppvärmningen begränsas till 1.,5C skulle kunna avvärja de mest katastrofala effekterna av klimatförändringarna. I sin senaste rapport lade kommissionen fram fyra sätt att uppnå detta-och alla förlitar sig på att ta bort koldioxid från atmosfären. Detta beror på att även om vi minskar de flesta av våra koldioxidutsläpp till noll, skulle utsläppen från jordbruk och flygresor vara svåra att eliminera helt och hållet., Och eftersom koldioxid som redan finns i atmosfären kan påverka klimatet i hundratusentals år, hävdar IPCC att koldioxidavlägsnande (CDR) – teknik kommer att vara avgörande för att bli av med 100 till 1000 gigatonnes CO2 i detta århundrade.

hur kan koldioxid avlägsnas?

det finns en mängd olika CDR-strategier, alla i olika utvecklingsstadier, och varierar i kostnad, fördelar och risker., CDR-strategier som använder träd, växter och jord för att absorbera kol har använts i stor skala i årtionden.andra strategier som är mer beroende av teknik är mestadels i demonstrations-eller pilotfasen. Varje strategi har fördelar och nackdelar.

beskogning och återbeskogning

När växter och träd växer tar de koldioxid från atmosfären och omvandlar den till sockerarter genom fotosyntes. På detta sätt absorberar amerikanska skogar 13 procent av landets koldioxidutsläpp.globalt lagrar skogar nästan en tredjedel av världens utsläpp.,

plantering av ytterligare träd kan ta bort mer kol från atmosfären och lagra det under lång tid, samt förbättra markkvaliteten till en relativt låg kostnad—$0 till $20 per ton kol. Beskogning innebär plantering träd där det inte fanns någon tidigare; återbeskogning innebär att återställa skogar där träd har skadats eller utarmat.,

beskogning kan dock konkurrera om mark som används för jordbruk precis som livsmedelsproduktionen behöver öka 70 procent till 2050 för att mata den växande världsbefolkningen. Det kan också påverka den biologiska mångfalden och ekosystemtjänsterna.

och även om skogar kan sekvestrera kol i årtionden, tar de många år att växa och kan bli mättade i årtionden till århundraden. De kräver också noggrann hantering eftersom de är föremål för mänskliga och naturliga effekter som skogsbränder, torka och skadedjur.,

markkolupptagning

det kol som växter absorberar från atmosfären i fotosyntesen blir en del av jorden när de dör och sönderdelas. Det kan förbli där i årtusenden eller det kan släppas snabbt beroende på klimatförhållandena och hur jorden hanteras. Minimal jordbearbetning, täckgrödor, växtrotation och lämnar skörderester på fältet hjälper jordar att lagra mer kol.

IPCC, som anser att markens kolbindning har förmågan att minska CO2 till lägsta kostnad—$0 till $100 per ton—uppskattar att markens kolbindning kan avlägsna mellan 2 och 5 gigatonnes koldioxid per år 2050. Som jämförelse släppte världens kraftverk 32,5 gigatonnes av CO2 i 2017.

koldioxidbindning i mark skulle kunna ske omedelbart och förbättra markens hälsa och öka avkastningen på grödor.dessutom skulle det inte betona mark-och vattenresurser., Men medan jorden lagrar stora mängder kol i början kan den bli mättad efter 10 till 100 år, beroende på klimat, jordart och hur den hanteras.

bioenergi med avskiljning och lagring av koldioxid (BECCS)

om vi bränner anläggningar för energi vid ett kraftverk och avskiljer och lagrar de resulterande utsläppen, avlägsnas CO2-utsläppen som tidigare absorberats från atmosfären. CO2 kan sedan användas för förbättrad oljeåtervinning eller injiceras i jorden där den sekvestreras i geologiska formationer.

IPCC uppskattar att BECCS kunde ta bort mellan 0.,5 och 5 gigatonnes kol per år 2050. För att absorbera tillräckligt med kol för att hålla världen vid 2 måste dock energigrödor planteras över en yta på upp till tre gånger Indiens storlek, enligt en uppskattning, och ännu mindre mängder BECC skulle konkurrera med mark som behövs för livsmedelsproduktion. En studie drog slutsatsen att storskaliga BECCS kan leda till att det globala skogskyddet faller 10 procent och kräver dubbelt så mycket vatten som för närvarande används globalt för jordbruk., BECCS skulle också kunna påverka den biologiska mångfalden och ekosystemtjänsterna och generera utsläpp av växthusgaser genom användning av jordbruk och gödningsmedel.

vid denna tidpunkt är BECCS dyrt. Just nu finns det bara ett fungerande BECCS-projekt i världen—en etanolanläggning i Decatur, IL som har fångat och lagrat över 1,4 miljoner ton CO2. Eftersom det finns så få forskningsprojekt och BECC är otestad i stor skala, är det fortfarande i ett tidigt utvecklingsstadium., Medan nuvarande kostnadsberäkningar för BECCS varierar mellan $ 30 och $ 400 per ton CO2, studier projekt som kostnader kan sjunka till $ 100 till $ 200 per ton kol av 2050. BECCS anses dock vara en av de mest potentiellt effektiva koldioxidavlägsningsstrategierna för att tillhandahålla långtidslagring av koldioxid.,

de nationella akademierna för vetenskap, teknik och medicin projekt som med tanke på vad vi vet idag, beskogning och återbeskogning, Mark kol kvarstad, och BECCS, tillsammans med hållbara skogsbruk förvaltningspraxis (såsom gallring skogar och föreskrivna brännskador) kan skalas upp för att fånga och lagra 1 gigatonne av kol ett år i USA och 10 gigatonnes globalt. Detta skulle dock kräva enorma förändringar i hanteringen av avfall från jordbruk, skog och biomassa.,

Kolmineralisering

denna strategi utnyttjar en naturlig process där reaktiva material som peridotit eller basaltisk lava kemiskt binds med CO2 och bildar fasta karbonatmineraler som kalksten som kan lagra CO2 i miljontals år. De reaktiva materialen kan kombineras med CO2-bärande vätska vid kolfångststationer, eller vätskan kan pumpas in i reaktiva bergformationer där de naturligt uppträder.

forskare vid Earth Institutes Lamont-Doherty Earth Observatory har arbetat med kolmineralisering i flera år och hittar sätt att påskynda den naturliga reaktionen för att öka CO2-upptaget och permanent lagra det. Lamont forskning professor David Goldberg och hans kollegor, till exempel, studerar möjligheten att lagra 50 miljoner ton eller mer av CO2 i basalt reservoarer i Stillahavsområdet nordväst., Över 20 år skulle projektet injicera CO2 från industriella källor, såsom tillverkning och fossila bränslekraftverk, i basalt 200 miles offshore, på den östra flanken av Juan de Fuca Ridge. Där, under 2600 meter vatten och ytterligare 200 meter sediment, innehåller basaltreservoaren porutrymmen som skulle fylla upp när CO2 mineraliserar i karbonatkalksten. På detta område reagerar basaltet snabbt och mineralisering kan potentiellt ta bara två år eller mindre., Goldbergs team har analyserat faktorer som hur man transporterar CO2, hur det skulle reagera kemiskt och hur platsen kunde övervakas över tiden.

nästa steg är att lansera ett pilotprojekt där för att lagra 10 000 ton CO2. ”Ett pilotprojekt är avgörande för att flytta bollen framåt för basalt offshore kolmineralisering, både av tekniska och regleringsmässiga skäl”, säger Goldberg., Det skulle göra det möjligt för forskarna att experimentera med olika typer av injektioner—till exempel om de ska vara kontinuerliga eller intermittenta – och svara på frågor som ” hur snabbt fyller porutrymmet upp?”som endast kan testas i fältet. Dessutom är ett pilotprojekt avgörande för att förstå de regulatoriska konsekvenserna av koldioxidmineralisering, eftersom det för närvarande inte finns några regler. Kanada och USA skulle bara börja skapa ett regelverk när de har ett pilotprojekt. Goldberg säger att de fortfarande letar efter finansiering för ett pilotprojekt, men ” det finns mycket intresse.,”

sedan 2012 har CarbFix, ett isländskt projekt som Goldberg också arbetade med, fångat kol och mineraliserat det vid landets största geotermiska kraftverk som drivs av Reykjavik Energy. Medan anläggningen körs på geotermisk förnybar energi, avger den fortfarande en liten mängd CO2; CarbFix injicerar 12,000 ton CO2 årligen i marken för $ 30 per ton.

eftersom kolmineralisering utnyttjar naturliga kemiska processer har den potential att ge ett ekonomiskt, giftfritt och permanent sätt att lagra stora mängder kol., Det finns dock fortfarande tekniska och miljömässiga frågor som måste besvaras—enligt National Academies-rapporten kan kolmineralisering eventuellt förorena vattenresurser eller utlösa jordbävningar.

Direkt luftfångst

Direkt luftfångst suger koldioxid ur luften genom att använda fläktar för att flytta luft över ämnen som binder specifikt till koldioxid., (Detta koncept är baserat på den ”konstgjorda träd” arbete Klaus Lackner, chef för Center för Negativa Koldioxidutsläpp vid Arizona State University, som var under många år chef för Earth Institute är Lenfest Centrum för Hållbar Energi.) Tekniken använder föreningar i en flytande lösning eller i en beläggning på en fast substans som fångar CO2 när de kommer i kontakt med den.när de senare utsätts för värme och kemiska reaktioner släpper de CO2, som sedan kan komprimeras och lagras under jord., Fördelarna med direkt luftfångst är att det faktiskt är en negativ utsläppsteknik – det kan ta bort kol som redan finns i atmosfären, i motsats till att fånga nya utsläpp som genereras—och systemen kan placeras nästan var som helst.

vid en kolanläggning är ungefär en av tio molekyler i avgaser CO2, men CO2 i atmosfären är mindre koncentrerad. Endast en av 2500 molekyler är CO2, så processen för att avlägsna CO2 är dyrare jämfört med att fånga kol från fossila bränsleanläggningar., Direkt luftfångst började på $ 600 per ton kol; för närvarande kostar det $100-$200 per ton—fortfarande dyrt, delvis eftersom det inte finns några ekonomiska incitament (t.ex. en koldioxidskatt) eller sekundära miljöfördelar (t. ex. förbättrad markkvalitet) för att avlägsna CO2 från luften. Att förbättra tekniken så att koldioxid kan fångas mer effektivt, och/eller sälja den infångade koldioxiden kan sänka priset. Tre företag-Swiss Climeworks, Canadian Carbon Engineering och American Global Thermostat—arbetar med detta.,

Climeworks första kommersiella anläggning nära Zürich fångar 1,000 ton CO2 per år, som används i ett växthus för att öka avkastningen av grödor med 20 procent. I 2017 installerade företaget en direkt luftfångstenhet som en demo på Reykjavik Energys Isländska anläggning för att fånga en liten mängd CO2 som sedan lagras under jord av CarbFix.

Climeworks har nu 14 direkta luftfångstanläggningar byggda eller under uppbyggnad i Europa; dess italienska anläggning använder den fångade CO2 för att göra metanbränsle för lastbilar.

Carbon Engineering, som har Bill Gates som investerare, har en anläggning i västra Kanada som kan fånga en miljon ton CO2 per år. Det projekt som i stor skala, kan det ta bort CO2 för $100 till $150 per ton. Målet är att använda koldioxiden för att tillverka koldioxidneutrala syntetiska kolvätebränslen, vilket ytterligare skulle sänka kostnaderna., Företaget hävdar att en anläggning som använder denna ”luft till bränslen” process, en gång skalas upp, kan producera bränsle på mindre än $1 dollar per liter.

Global Thermostat, som bygger sin första fabrik i Huntsville, AL, syftar till att få priset ner till $50 per ton genom att sälja den fångade CO2 till ett läskföretag. Företaget skulle bygga små på plats” fånga växter ” på soda maker anläggningar, vilket minskar kostnaderna för energi och transport.

en studie förutspådde att direkt luftfångst kunde suga upp 0,5 till 5 gigatonnes CO2 per år av 2050 med eventuellt 40 gigatonnes av 2100., Storskalig direkt luftfångst kan dock så småningom få miljöpåverkan som härrör från utvinning, raffinering, transport och avfallshantering av de mineraler som avskiljer koldioxidutsläppen.

medan direkt avskiljning av luft har stor potential för koldioxidavlägsnande är den fortfarande i ett tidigt utvecklingsstadium. Lyckligtvis får det lite Kongressstöd i form av den framtida lagen (främjandet av avskiljning, utnyttjande, teknik, underjordisk lagring och minskad Utsläppslag)., Lagen fördubblar skattelättnaderna för att fånga och permanent lagra koldioxid i geologiska formationer och använda den för förbättrad oljeåtervinning; för företag som omvandlar kol till andra produkter som cement, kemikalier, plast och bränslen; och ger en $35 skattelättnad per ton koldioxid via direkt luftfångst.

förbättrad vittring

stenar och jord blir vittrade genom att reagera med CO2 i luften eller i surt regn, vilket naturligt uppstår när CO2 i luft löser sig i regnvatten., Klipporna bryts ner, skapar bikarbonat, en kolsänka, som så småningom transporteras in i havet där den lagras. Förbättrad vittring påskyndar denna process genom att sprida pulveriserad sten, såsom basalt eller olivin, på jordbruksmark eller på havet. Det kan krossas och spridas på fält och stränder, och även användas för stigar och lekplatser.

förbättrad förväxling kan förbättra markkvaliteten, och eftersom det alkaliska bikarbonatet tvättar i havet kan det hjälpa till att neutralisera havsförsurningen., Men det kan också potentiellt förändra markens pH och kemiska egenskaper, och påverka ekosystem och grundvatten. Gruvdrift, slipning och transport av berget skulle vara kostsamt, kräver mycket energi och producera ytterligare koldioxidutsläpp samt luftföroreningar. På grund av de många variablerna och det faktum att de flesta bedömningar av förbättrad förväxling inte har testats inom området, varierar kostnadsberäkningarna mycket.,

hav alkalisering, anses vara en typ av förbättrad vittring, innebär att lägga alkaliska mineraler, såsom olivin, till havsytan för att öka CO2 upptag och motverka hav försurning. En studie uppskattade att denna strategi kunde sekvensera mellan 100 ton till 10 gigatonnes CO2 per år, för kostnader som sträcker sig från $ 14 till över $ 500 per ton. Dess ekologiska effekter är dock okända.

Ocean fertilization

Ocean fertilization skulle lägga till näringsämnen, ofta järn, till havet för att uppmana algblomningar, vilket skulle absorbera mer CO2 genom fotosyntes. Men genom att stimulera tillväxten av fytoplankton – grunden för livsmedelskedjan-ocean fertilisering kan påverka lokal och regional matproduktivitet. Stora algblomningar kan också orsaka eutrofiering och resultera i döda zoner utarmat av syre. Förutom dess möjliga ekosystempåverkan har den också mindre potential att sequestera kol på lång sikt.,

blått kol vid kusten

salta våtmarker, mangrover, havsgräs och andra växter i tidvatten våtmarker är ansvariga för mer än hälften av det kol som binds i havet och kustekosystemen. Detta blå kol kan lagras i årtusenden i växter och sediment. Våtmarker förstörs dock avrinning och föroreningar, torka och kusterutveckling—ett fotbollsplanstort område av sjögräs går förlorat varje halvtimme. Att återställa och skapa våtmarker och hantera dem bättre skulle kunna fördubbla koldioxidlagringen., Friska våtmarker ger också stormskydd, förbättrar vattenkvaliteten och stöder Marint Liv.

det finns få uppskattningar av koldioxidavskiljningspotentialen för blått kol, men kostnaderna skulle vara låga till noll.

och några idéer för framtiden

Y Combinator, en organisation som finansierar lovande startups, har lagt fram ett krav på att alla arbetar med nya typer av koldioxidavlägsnande teknik, varav ingen ännu har testats utanför ett labb., Specifikt söker de projekt inom fyra områden:

• modifiering av fytoplanktons gener skulle göra det möjligt för dem att sequestera kol i områden i det globala havet som saknar de näringsämnen som behövs för fotosyntes.
• Elektro-geo-kemi använder el från förnybara källor för att bryta saltvatten ner för att producera väte (som kan användas för bränsle) och syre, som i närvaro av mineraler producerar en mycket reaktiv lösning. Denna lösning absorberar koldioxid från atmosfären och förvandlar den till bikarbonat.,
• enzymsystem påskyndar kemiska reaktioner som kan ändra koldioxid till andra användbara organiska föreningar. Y Combinator vill skapa enzymsystem som kan göra detta utanför levande celler för att förenkla kolfixeringen.
• den sista idén handlar om att skapa 4,5 miljoner små oaser i öknar för att vara värd för fytoplankton som skulle absorbera CO2. De skulle också ge färskt vatten och stödja vegetation som också kan suga upp kol.

vad behövs för att främja koldioxidavlägsnande?,

varje CDR-teknik är möjlig på någon nivå, men har osäkerhet om kostnader, teknik, hastigheten på eventuellt genomförande eller miljöpåverkan. Det är uppenbart att ingen ger den ultimata lösningen på klimatförändringen.

”koldioxidavlägsnande ensam kan inte göra det”, säger Kate Gordon, en kollega vid Columbia Center on Global Energy Policy., ”Om det finns en sak som IPCC-rapporten verkligen understryker är att vi behöver en portfölj – vi måste minska utsläppen dramatiskt, vi måste komma med fler förnybara Energialternativ för att ersätta fossila bränslen, vi måste elektrifiera många saker som för närvarande drivs på petroleum och då måste vi göra en enorm mängd koldioxidavlägsnande.”På kort sikt skulle hon vilja se mer utbyggnad och ramp upp av beprövade och sanna strategier, såsom trädplanteringsträd och mer hållbara jordbruksmetoder.,

faktum är att en ny studie bara fastställde att plantering av träd och förbättrad förvaltning av gräsmarker, jordbruksmarker och våtmarker kan sequestera 21 procent av USA: s årliga växthusgasutsläpp till relativt låg kostnad.

utvecklingen av de andra koldioxidavlägsningsstrategierna kommer vidare att ta stora summor pengar.,

”klimatfilantropi-samhället behöver faktiskt erkänna detta som en del av klimatlösningen—det är verkligen viktigt som blir en del av den portföljen”, säger Gordon. ”Vi behöver också en ganska betydande federal r&d budget tillägnad dessa strategier så att vi kan börja förbättra tekniken och få ett bättre grepp om hur mycket det kostar att göra var och en av dessa saker, hur effektiva de är och hur säkra de är.”

upprättandet av ett ekonomiskt incitament för att avlägsna kol, t.ex. en koldioxidskatt eller påföljder för utsläpp av kol, skulle också hjälpa till.,

”detta är nästa gräns för energi -, klimat-och teknikkonversationen”, säger Gordon. ”Vi måste vara före den här saken om vi vill förbli konkurrenskraftiga—om vi vill fortsätta att ha det mesta av världens rena energi och avancerade energipatent…annars kommer vi att köpa det från någon annan, för någon kommer att göra det.”