Håndtering af forpligtede emissioner i både USA og Kina kræver kulstofopsamling og -lagring

Stabilisering af globale temperaturer vil kræve dybe reduktioner i kuldioxid (CO ₂ ) emissioner på verdensplan. Nylige integrerede vurderinger af globale klimaændringer viser, at CO ₂ emissioner skal nærme sig netto-nul i midten af ​​århundredet for at undgå at overskride klimamålet på 1,5°C. Imidlertid, "forpligtede emissioner, "de emissioner, der forventes fra eksisterende infrastruktur for fossile brændstoffer, der fungerer som de historisk set har gjort, allerede truer det 1,5°C-mål. Med den gennemsnitlige levetid for et kulværk er over 40 år, foreslåede eller under opførelse kraftværker øger kun denne byrde, yderligere øge udfordringen med at opnå netto-nul-emissioner inden 2050.

Den dybe dekarbonisering, der kræves for netto-nul-emissioner, vil kræve, at eksisterende og foreslået fossil-energi-infrastruktur følger en af ​​to veje:enten for tidlig pensionering eller opsamling og lagring af deres emissioner, forhindrer således deres frigivelse i atmosfæren. Carbon capture and storage (CCS), repræsenterer den eneste større levedygtige vej for fossile brændselsanlæg til at være netto-nul, kort for at blive lukket.

I en Viewpoint-artikel for nylig offentliggjort i Miljøvidenskab og -teknologi , Haibo Zhai skitserer, hvordan USA og Kina, verdens to største udledere, bør adressere deres forpligtede emissioner. "I begge lande, CCS-eftermontering af eksisterende infrastruktur er afgørende for at reducere emissioner til netto-nul, " sagde Zhai, Associate Research Professor of Engineering and Public Policy ved Carnegie Mellon University. Imidlertid, forskelle i kraftværksflåderne og energimixet i de to lande peger på adskilte veje til at opnå dyb dekarbonisering.

I USA, energilandskabet har ændret sig dramatisk i løbet af de sidste to årtier. Kul var den dominerende kilde til elektricitet (51 % af den samlede elproduktion i 2000) i det meste af det tyvende århundrede, men er for nylig blevet fortrængt af billig og rigelig naturgas samt vækst i vedvarende energi. Kul tegnede sig for kun 27 % af den amerikanske elproduktion i 2019. Kuls tilbagegang forventes at fortsætte til fordel for billigere alternativer, på grund af USA's relativt gamle (40 år) og ineffektive (32% effektivitet) flåde af kulfyrede værker.

Zhai ser ikke CCS-eftermontering til amerikanske kulværker som en flådedækkende tilgang til dekarbonisering, selvom der er potentiale for delvis fangst på de mest effektive anlæg. CCS-udvikling bør i stedet fokuseres på ombygning af kombineret cyklus naturgasanlæg. "Naturgas har hjulpet med at reducere kulstofintensiteten i den amerikanske elsektor, men denne bølge af nye gasanlæg repræsenterer stadig en betydelig mængde forpligtede emissioner, " sagde Zhai.

Kina er det modsatte af USA med hensyn til dets energimix og dets fossile energiinfrastruktur. Kul leverer næsten 65% af landets elektricitet. Kulfyrede anlæg i Kina har en medianalder på kun 12 år og meget højere effektivitet (ofte større end 40%) sammenlignet med USA. "Sådan en ung flåde vil næppe blive udfaset i den nærmeste fremtid, " sagde Zhai. "Enhver vej for Kina til at opnå dyb dekarbonisering skal omfatte CCS-eftermontering til dets nyligt byggede kulanlæg."

På trods af nødvendigheden af ​​CCS, teknologien er ikke blevet bevist i stor skala og er stadig meget dyr. Kun to CCS-projekter i kommerciel skala opererer i øjeblikket i verden:Petra Nova i USA og Boundary Dam i Canada. Nuværende CCS-teknologier har høje energi- og kapitalomkostninger forbundet med at adskille CO ₂ ude af procesaffaldsstrømme.

CCS, ifølge Zhai, sidder i øjeblikket på den stejle del af "indlæringskurven." Med enhver teknologi er første-af-en-slags implementeringer altid dyre. Imidlertid, branchedækkende læring - gennem teknologisk udvikling såsom forbedrede separationsmaterialer og -processer, udvidelse af forsyningskæden, og øget operationel effektivitet - gør sidstnævnte implementeringer billigere. At bevæge sig ned ad læringskurven repræsenterer en slags kylling og æg dilemma for CCS:at blive udbredt bredt, det skal være billigt. Og for at CCS skal være billigt, det skal have været indsat.

Derfor, der er en stærk grund til, at regeringer bør tilskynde til tidlig indførelse af CCS gennem lovgivningsmæssige, økonomisk, og politiske midler, argumenterer Zhai. Han peger på casestudier af andre kulstoffattige teknologier, som fotovoltaiske solpaneler, som er blevet omkostningskonkurrencedygtige, efter at incitamenter har hjulpet med at sænke høje startomkostninger. Fordi tidlig implementering er nødvendig for at gøre fremtidig implementering økonomisk, tiden til at handle er nu, han siger.

"Hvis du accepterer den forudsætning, at forpligtede emissioner er et problem, der er intet andet valg end CCS, " sagde han. "Og der kræves incitamenter for at kickstarte implementeringen af ​​CCS i den skala, der er nødvendig for at løse problemet."

I USA, Zhai peger på incitamenter til at eftermontere naturgasfyrede anlæg med CCS, forventer, at markedskræfterne håndterer de forpligtede emissioner fra kulfyrede værker, efterhånden som den aldrende kulflåde fortsætter med at udfase. Zhais artikel peger på en skattefradrag for kulstofbinding i USA som en vigtig politisk løftestang til at stimulere disse CCS-bestræbelser.

I Kina, på den anden side, CCS-udvikling til ombygning af kulanlæg bør være hovedfokus. der, Zhai bemærker, at det nationale emissionshandelssystem, hvor udledere kan købe eller sælge CO ₂ emissionskreditter, vil være den vigtigste politiske løftestang, der kan anspore udviklingen af ​​afbødningsteknologier. I begge tilfælde, de nuværende høje omkostninger ved CCS peger på regeringens politikker som et vigtigt skridt til at overvinde de dyre indledende faser af implementeringen.

Væsentlige co-fordele ved at stimulere CCS-udvikling til eksisterende fossil-brændselsinfrastruktur er den rolle, CCS sandsynligvis vil spille i visse negative emissionsteknologier (NET) og en mindre afhængighed af dyre NET i fremtiden. Bioenergi med CCS (BECCS), for eksempel, er skitseret som den mest fremtrædende NET-mulighed. Imidlertid, et nøgleundersystem for enhver BECCS er CCS. Udvikler CCS nu, hævder Zhai, betyder, at BECCS vil være klar til at hjælpe med at håndtere globale klimaændringer i fremtiden.