Kulstofnegativ elproduktion til Kina

Hvis vi vil begrænse globale temperaturstigninger til 2 grader over førindustrielle niveauer, som fastsat i Paris-klimaaftalen, det kommer til at kræve meget mere end en overgang til kulstofneutrale energikilder som vind og sol. Det kommer til at kræve CO2-negative teknologier, herunder energikilder, der faktisk reducerer kuldioxidniveauet i atmosfæren.

Mens de fleste klimaforskere og -aktivister er enige om, at CO2-negative løsninger vil være nødvendige for at opfylde betingelserne i Paris-aftalens mål, indtil videre er de fleste af disse løsninger blevet betragtet som upraktiske på kort sigt, især for store, kul-afhængige lande som Kina.

Nu, forskere fra Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences og Harvard-China Project on Energy, Økonomi og miljø, i samarbejde med kolleger fra Tsinghua University i Beijing og andre institutioner i Kina, Australien og USA, har analyseret den tekniske og økonomiske levedygtighed for, at Kina kan bevæge sig mod kulstofnegativ elproduktion.

Forskningen er publiceret i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Dette papir kommer med et modigt forslag om, at Kina ikke kun kan bevæge sig mod negativ kulstofkraft, men at det kan gøre det på en økonomisk konkurrencedygtig måde, " sagde Michael McElroy, Gilbert Butler professor i miljøstudier ved Harvard og en senior medforfatter af papiret.

"Det system, vi beskriver, tilbyder ikke kun et CO2-negativt alternativ til at generere elektricitet i det lange løb, men bringer også en betydelig co-fordel på kort sigt til at reducere luftforurening i Kina, " sagde Xi Lu, Lektor ved School of Environment ved Tsinghua University og førsteforfatter til papiret. Lu er også en tidligere SEAS kandidatstuderende og postdoc.

Strategien McElroy, Lu og deres kollegers layout involverer kombinationen af ​​to former for grøn energi:kul-bioenergiforgasning og kulstoffangst og -lagring.

Bioenergi et af de vigtigste værktøjer i den kulstofnegative værktøjskasse.

Bioenergi kommer fra den bedste CO ₂ skrubbere på planeten - planter. Som de fleste af os lærte i folkeskolen, planter bruger fotosyntese til at omdanne CO ₂ til organisk kulstof og oxygen. Kulstoffet lagret i planter kan omdannes tilbage til energi gennem forbrænding (a.k.a., ild); gæring, som i produktionen af ​​ethanol; eller gennem en proces kendt som forgasning, som omdanner kulstofrige materialer til kulilte, brint og kuldioxid til brændstoffer og industrikemikalier.

Processen med at omdanne biomasse til energi og derefter opsamle og lagre affalds-CO ₂ er en af ​​de mest omtalte strategier for negativ kulstofkraft. Det er kendt som BECCS, bioenergi med kulstoffangst og -lagring. Problemet er, i de fleste applikationer er BECCS ikke særlig effektiv og kræver enorme mængder jord for at dyrke de planter, der er nødvendige for at drive planeten, hvilket sandsynligvis ville resultere i global føde- og vandmangel.

Men hvad nu hvis der var en måde at gøre processen mere praktisk og effektiv?

Lu, McElroy og deres internationale team vendte sig mod en usandsynlig løsning for grøn energi:kul.

"Hvis du prøver at gøre dette med biobrændstof alene, det er ikke særlig effektivt, "McElroy sagde. "Tilsætning af kul giver en energikilde, der er virkelig vigtig. Hvis du kombinerer biobrændsel med kul og forgasser blandingen, du kan i det væsentlige udvikle en ren brintkilde i processen."

Ved at modellere forskellige forhold mellem biobrændsel og kul, forskerne fandt ud af, at så længe mindst 35 procent af blandingen er biomasse, og kulstofaffaldet opfanges, den genererede strøm ville faktisk reducere CO ₂ i atmosfæren. Ved det forhold, forskerne fandt, at de udjævnede omkostninger til elektricitet ikke ville være mere end 9,2 cents pr. kilowatttime. En kulstofpris på cirka 52 USD pr. ton ville gøre dette system omkostningskonkurrencedygtigt med de nuværende kulfyrede kraftværker i Kina.

En nøglekomponent i denne strategi er brugen af ​​afgrøderester - planterester efter at marker er blevet høstet - som biobrændstof.

Sæsonbetingede landbrugsbrande, når bønder sætter ild til deres marker for at rydde stubbe efter en høst, er en stor kilde til luftforurening i Kina. At indsamle de stubbe og bruge dem som biobrændstoffer ville ikke kun reducere CO ₂ men markant forbedre luftkvaliteten i landet. Forgasning muliggør også lettere fjernelse af luftforurenende stoffer fra affaldsstrømmen.

Forskerne anerkender, at det vil tage tid at udvikle et system til at indsamle biomassen og levere den til kraftværker, men de hævder, at systemet ikke behøver at blive implementeret på én gang.

"Fordi vi har undersøgt hele rækken af ​​kul-til-biomasse-forhold, vi har demonstreret, hvordan Kina gradvist kunne bevæge sig mod en stadig mere kulstofnegativ energikilde, " sagde Chris P. Nielsen, Direktør for Harvard-Kina-projektet og medforfatter til undersøgelsen. "Først, små mængder biobrændstof kan bruges til at reducere netto positive kulstofemissioner. Derefter, systemet kunne vokse mod kulneutralitet og til sidst til et kulstofnegativt system. Du behøver ikke at nå alt fra start."

"Denne undersøgelse giver kritisk information til politiske beslutningstagere, der søger at implementere CO2-negative energimuligheder i Kina, " sagde Lu.