Ny forskning viser hydrologiske grænser i kulstoffangst og -lagring

Vores energi- og vandsystemer er uløseligt forbundet. Klimaændringer nødvendiggør, at vi går over til kulstoffri energi, og også at vi sparer på vandressourcerne, da de samtidig bliver mere efterspurgte og mindre tilgængelige. Politiske beslutningstagere, virksomhedsledere, og videnskabsmænd, der søger at adressere klimaændringernes presserende karakter, søger i stigende grad efter kulstoffangst og -lagring (CCS) for at hjælpe med at opfylde globale klimamål. Mens CCS minimerer emissioner fra forbrænding af brændstoffer, dens indvirkning på globale vandressourcer er ikke blevet udforsket bredt. Ny forskning viser, at CCS kan stresse vandressourcerne i omkring 43 % af verdens kraftværker, hvor vandmangel allerede er et problem. Yderligere, teknologien, der anvendes i disse områder med knaphed på vand, har betydning, og nye CCS-teknologier kan i høj grad mindske det krav, CCS stiller til vandforbrug.

Energiproducerende anlæg som kulfyrede kraftværker forbruger store mængder kølevand. Den type kølemetode, der anvendes i et kraftværk (våde køletårne, engangsafkøling, eller luftkølede kondensatorer) påvirker vandforbruget. Installation af CCS på disse anlæg kræver, at de producerer yderligere energi for at kompensere for den energi, der bruges af CCS-processen. Med det kommer ekstra kølevandsforbrug. Ud over, CCS-processen i sig selv øger det samlede vandforbrug på en måde, der afhænger af den anvendte CCS-teknologi.

De fleste CCS-projekter, der i øjeblikket er operationelle over hele verden, bruger absorptionsteknologier. Almindelige absorbenter er vandige baser indeholdende amingrupper, der binder til kuldioxid, adskille det fra andre gasser i røggasblandingen. Processen med absorption af CO ₂ ind i disse opløsningsmidler og efterfølgende regenerering af opløsningsmidlerne kræver energiudtag fra kraftværket. Cirkulationen af ​​store mængder opløsningsmidler resulterer i vandtab ved fordampning. Andre avancerede CCS-teknologier bruger langt mindre vand, da de adskiller kuldioxid fra røggas ved adsorption på faste materialer, eller lede udstødningsgassen gennem membraner. Disse teknologier reducerer potentielt både energibelastningen og vandforbruget.

I denne forskning, vi undersøger, hvordan CCS kan implementeres bæredygtigt uden at gå på kompromis med vandressourcerne. Specifikt, påvirker tilføjelsen af ​​CCS til kulfyrede kraftværker vandforbruget i nogen region i verden væsentligt nok til at fremkalde eller forværre vandknaphed? Vi modellerede den hypotetiske implementering af fire forskellige CCS-teknologier på alle globale kulfyrede kraftværker af betydelig størrelse, der i øjeblikket opererer rundt om i verden, og undersøgte indvirkningen på regionale vandudtag og -forbrug. Ved hjælp af en global biofysisk månedlig hydrologisk analyse, vi vurderede hvor, hvornår, og i hvilket omfang vandknaphed kunne begrænse implementeringen af ​​CCS.

Lidt overraskende, vi fandt ud af, at i tilfælde, hvor der ikke allerede eksisterer vandknaphed, tilføjelse af CCS vil generelt ikke inducere knaphed. Imidlertid, vi fandt også, at 43 % af den nuværende installerede globale kulfyrede kraftkapacitet er placeret i regioner, der nu oplever vandknaphed i mindst en måned om året, og over 30 % af den globale kapacitet står over for knaphed i fem eller flere måneder om året. I disse regioner, implementering af CCS-teknologier forværrer vandstressen. Eftermontering af kraftværker med mindre vandintensive opsamlingsteknologier kan mindske konkurrencen om ferskvandsressourcer, og valget af kølemetoder bliver stadig vigtigere.

Vores resultater muliggør en mere omfattende forståelse af kulfyrede anlægs vandforbrug med, og uden, kulstoffangst. Omhyggelige afvejninger skal overvejes, og valget af kulstoffangstteknologi er meget relevant. Vi tror på, at dette arbejde vil tjene som en guide til politiske beslutningstagere, når vi øger implementeringen af ​​CCS rundt om i verden.