Hvordan den kemiske industri kan opfylde klimamålene

ETH-forskere analyserede forskellige muligheder for at reducere netto CO ₂ emissioner fra den kemiske industri til nul. Deres konklusion? Den kemiske industri kan faktisk have en CO2-neutral fremtid.

Schweiz' forbundsråd har besluttet, at landet skal blive CO2-neutralt i 2050. Det kan være en udfordring, hvad angår biltrafikken og hele elsektoren, men ikke umuligt – med systematisk elektrificering og eksklusiv brug af kulstofneutrale energikilder, for eksempel.

Et sådant skifte vil være vanskeligere for den kemiske industri. Mens en af ​​de primære bekymringer for mange andre industrisektorer er deres energieffektivitet, den kemiske industri skal også tage fat på spørgsmålet om råstoffer. "Polymerer, plastik, syntetiske tekstilfibre og medicin indeholder alle kulstof. Det skal komme et sted fra, " forklarer Marco Mazzotti, Professor i procesteknik ved ETH Zürich. Som tingene står, langt størstedelen af ​​dette kulstof kommer fra olie og naturgas. Under produktionen, og når de kemiske produkter brændes eller nedbrydes ved slutningen af ​​deres levetid, de frigiver CO ₂ .

Brug af konkrete tal og metanolproduktion som casestudie, Mazzotti og kolleger fra ETH Zürich og Utrecht University har nu systematisk sammenlignet forskellige tilgange, der sigter mod at reducere netto CO ₂ emissioner fra den kemiske industri til nul. Hovedkonklusionen fra den nye undersøgelse er, at målet om at opnå netto-nul CO ₂ emissioner i den kemiske industri er faktisk opnåelige. Imidlertid, alle de tilgange, undersøgelsen undersøgte for at nå dette mål, har både fordele og ulemper, som manifesterer sig forskelligt i forskellige regioner i verden. Ud over, alle tre koncepter kræver mere energi (i form af elektricitet) end nuværende produktionsmetoder.

Fang CO ₂ eller brug biomasse

• En tilgang involverer at fortsætte med at bruge fossile ressourcer som råmaterialer, men systematisk indfangning af CO ₂ emissioner og sekvestrering af dem under jorden ved hjælp af en proces kendt som carbon capture and storage (CCS). Den store fordel her er, at nutidens industrielle produktionsprocesser ikke skulle ændres. Imidlertid, lagerpladserne skal være egnede i forhold til deres geologi, tilbyder for eksempel dybe sedimentære lag, der indeholder saltvand. Sådanne websteder findes ikke over hele verden.
• En anden tilgang ville se, at industrien bruger kulstof fra CO ₂ på forhånd fanget fra luft eller fra industrielle affaldsgasser. Denne proces kaldes kulstoffangst og -udnyttelse (CCU). Brint, der kræves til kemiske produkter, ville blive opnået fra vand, der bruger elektricitet. Fremgangsmåden ville indebære en større revision af kemiske produktionsprocesser og genopbygning af store dele af den industrielle infrastruktur. Ud over, det kræver en ekstremt stor mængde elektricitet - seks til ti gange mere end CCS. "Denne metode kan kun anbefales i lande med et CO2-neutralt el-mix, Mazzotti forklarer, fortsætter:"Vi demonstrerer klart, at brug af store mængder elektricitet fra kul- eller gasfyrede kraftværker ville faktisk, være meget værre for klimaet end den nuværende produktionsmetode baseret på fossile brændstoffer."
• En sidste mulighed ville være at bruge biomasse (træ, sukker planter, olieplanter) som råmateriale til den kemiske industri. Selvom denne metode kræver mindre elektricitet end de andre, det involverer meget intensiv arealanvendelse til at dyrke afgrøderne – hvilket kræver 40-240 gange mere jord end de andre tilgange.

Fremtiden for flyvning

Mazzotti og hans medforfattere baserede deres undersøgelse på produktionen af ​​methanol, som ligner den proces, der bruges til fremstilling af brændstoffer. Deres arbejde informerer derfor også diskussionen om fremtidens flybrændstoffer, som Mazzotti påpeger:"Vi hører det igen og igen, selv fra eksperter, at den eneste måde, luftfarten kan blive kulstofneutral på, er gennem brugen af ​​syntetiske brændstoffer, " siger han. "Men det er ikke sandt." At producere syntetiske brændstoffer er en ekstremt energikrævende proces. Hvis elektricitet fra kul- eller gasfyrede kraftværker skulle bruges til dette formål, siger han. syntetiske brændstoffer ville have et endnu større CO2-fodaftryk end fossile brændstoffer. Undersøgelsen viser, at der er mindst to levedygtige alternativer til syntetiske brændstoffer:luftfarten kunne fortsætte med at bruge fossile brændstoffer, hvis CO ₂ udsendt af fly blev fanget og sekvestreret andre steder, eller brændslerne kunne fås fra biomasse.