Revolutionerende tilgang til lagring og brug af kulstof, og den imponerende indsats, det vil tage at opnå

Med de globale emissioner, der fortsætter uformindsket, klimaforandringerne skrider frem i et overraskende tempo. Men et hold videnskabsmænd fra UC Santa Barbara og RWTH Aachen University i Tyskland har en ny – og ny – destination i tankerne for al den kuldioxid, der sprøjter ud i atmosfæren:kemiske produkter.

Kemisk produktion udleder svimlende mængder af drivhusgasser via den energi, den forbruger, og de kulstofbaserede råvarer, den bruger. Sangwon Suh, en professor ved UC Santa Barbara's Bren School of Environmental Science &Management, og hans medforskere ser en mulighed for at omdirigere milliarder af tons CO2 fra skorstene til den kemiske forsyningskæde, hvis verden kan skabe nok vedvarende energi til at gøre indsatsen umagen værd. Deres analyse vises i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Ifølge holdets resultater, kemisk produktion - en industri, der omfatter sektorer så forskellige som smøremidler, maling og plastik – tegner sig for over 3,3 milliarder tons CO2 om året, eller tilsvarende i andre drivhusgasser. Suh udgav for nylig den første omfattende oversigt over kulstofemissioner fra plast, hvor han og hans medforfatter opdagede, at plast alene står for det, der svarer til 1,8 milliarder tons CO2-udledning om året.

"På den ene side, denne enorme mængde plastik og kemikalier udgør et problem, "sagde Suh, der forsker i industriel økologi, "fordi der er brug for en enorm mængde energi i produktionen, og når produkterne er brugt, der vil blive genereret en enorm mængde affald."

"På den anden side, "fortsatte han, "Dette er en mulighed, fordi disse råvarer i høj grad er kulstofbaserede. Hvis vi kan bruge kuldioxid som kulstofkilde til disse plastik og kemikalier, så kan vi opfange og opbevare en stor mængde CO2 i den plast og kemikalier, som ellers ville være blevet udledt, alt imens der skabes værdi."

Anvendelse af kulstoffangst og -anvendelse (CCU) til den kemiske industri er en ny idé. Det ville give en vedvarende kilde til kulstofforbindelser og har den ekstra fordel at trække CO2 ud af atmosfæren. CCU producerer også en stor mængde rent vand som et biprodukt, en potentiel velsignelse, da vandsikkerhed bliver et større problem. Hvad mere er, at bruge opfanget kulstof opvejer nogle af omkostningerne ved at opfange det i første omgang, en stor økonomisk udfordring for kulstofbinding.

Men holdet ville vide, hvor praktisk det kunne være. Dette er nyt område, så forskerne skulle for det meste arbejde fra bunden. De gik i gang med at teste, om CCU gav en betydelig mulighed for at reducere drivhusgasemissioner, og fandt ud af, at det gjorde det. Teknikken kan eliminere op til 3,5 milliarder tons CO2, eller tilsvarende i andre drivhusgasser om året.

Imidlertid, denne proces ville øge industriens samlede energibehov, primært fordi den også har brug for brint, som generelt fremstilles af vand gennem elektrolyse. Disse krav skulle opfyldes med vedvarende energi, ellers ville processen afgive mere kulstof end blot traditionelt at købe materiale, via fossile brændstoffer.

Spørgsmålet blev så:hvor meget vedvarende elektricitet skal der til for at nå dette tekniske potentiale på 3,5 gigaton?

Svaret:126 til 222 % af verdens nuværende 2030-mål for vedvarende energi. Og disse mål ser allerede meget ambitiøse ud under de nuværende politikker og baner.

"Vi var overraskede over, hvor meget elektricitet der er nødvendigt for at reducere drivhusgasemissioner gennem CCU, "Suh bemærkede. "Nogle mennesker tror måske, at de tal for vedvarende energiproduktion, som vi testede, er urealistiske. Godt, det er pointen."

Tid og kræfter

Mange videnskabsmænd blev interesserede i CCU - såvel som kulstoffangst og -lagring - da de blev mere bekymrede for, at forskellige forslag og strategier til at reducere drivhusgasemissioner kan komme til kort. LED -lys og elbiler producerer mindre drivhusgasser, men at undgå klimakatastrofer kræver mere end blot at reducere emissioner, Sagde Suh.

"Forskere begynder at fornemme, at disse bestræbelser ikke vil være i stand til at holde os til en global gennemsnitlig temperaturstigning på 1,5 til 2 grader Celsius, " sagde han. Det er de mål, der er sat af FN efter rapporten fra det mellemstatslige panel om klimaændringer (IPCC) for at forhindre klimakatastrofer. At holde sig inden for disse mål kræver, at nettoemissionerne reduceres til nul i anden halvdel af århundredet. , sagde Suh, der fungerede som koordinerende hovedforfatter på en del af panelets 2014-rapport.

Dette fører til konceptet om et kulstofbudget, nemlig en maksimal samlet mængde drivhusgasser, som mennesker kan udsende og stadig holde opvarmningen under 2 grader celsius. Forskere har lavet mange skøn over dette budget, men en af ​​de mest indflydelsesrige giver et tal på 763 milliarder tons CO2, eller tilsvarende i andre gasser. Lige nu, vi udleder omkring 50 milliarder tons CO2 om året, Sagde Suh. Det giver ikke meget spillerum at arbejde med, eller meget tid til at løse problemet.

"Vi er nødt til at reducere vores drivhusgasemissioner dramatisk med det samme, " sagde Suh.

Imidlertid, han mener, at det også er farligt at have et for rosenrødt syn på potentialet ved kulstoffangst. "Vores undersøgelse repræsenterer den første globale vurdering af det potentiale, som CCU rummer for kulstofreduktion, og vi fandt ud af, at det kræver meget for CCU at redde verden, " sagde Suh. Mennesker kan ikke fortsætte business as usual under den antagelse, at kulstoffangst for at løse problemet, selvom vi misser vores mål.

"Mere end noget andet, denne undersøgelse viser den enorme størrelse af vedvarende energi, der er nødvendig for at CCU kan give mening, " sagde Suh. Han formoder, at de, der læser undersøgelsen, vil vægre sig ved kravene, siger, at vi ikke kan rette al den vedvarende elektricitet udelukkende til CCU.

"Jeg er enig, sagde han. Det er meningen.

Bedste bang for pengene

Hvis vi tilføjede den enorme mængde vedvarende elektricitet, der er beskrevet i undersøgelsen, det rejser spørgsmålet, om CCU er den bedste anvendelse af denne ekstra kraft. Så holdet sammenlignede CCU med alternativer, der kan vise sig at være mere effektive.

Det viser sig, at CCU i øjeblikket ikke er den mest effektive brug af vedvarende elektricitet til kulstofreduktion. At investere denne energi i varmepumper – i stedet for at bruge naturgas til opvarmning – ville give den største reduktion i emissioner pr. kilowatt-time, efterfulgt af ting som elektrificering af transport og vandvarmere. Faktisk, holdet beregnede, at vi kunne investere omkring 5 petawatt-timer (5 billioner kilowatt-timer) yderligere vedvarende energi i varmepumper, før de nåede mætning. Først efter alle disse andre, mere effektiv brug af vedvarende elektricitet er udtømt, ville det så give mening at investere grøn energi i CO2-opsamling og -udnyttelse.

Imidlertid, hvis der genereres ekstra kapacitet, CCU kan vise sig at være et værdifuldt værktøj til at reducere drivhusgasemissioner, ifølge forskerne. Alene tonnagen af ​​kulstofbaserede forbindelser, der strømmer gennem den kemiske industri, giver CCU potentialet til at have en overordnet effekt på at begrænse emissionerne.

"Vi fandt ikke CCU som en frelser af det globale miljø, "Suh sagde, "Selvom det måske har et lokalt potentiale, hvor der er et overskud af vedvarende elektricitet uden synlige anvendelser."

I det tilfælde, imidlertid, det voluminøse plastik og de producerede kemikalier skal sendes til markedet, og dermed generere flere emissioner. I stedet, den overskydende elektricitet kan gå til behandling af data, som er meget mere effektiv at transmittere rundt om i verden, sagde Suh. Han og hans kolleger undersøger nu, hvilken rolle datacentre og outsourcet databehandling kan have for at reducere emissioner ved at gøre den mest effektive brug af tilgængelige energikilder.