Forskere afslører omkostningerne ved en vigtig klimaløsning

Måske er det bedste håb for at bremse klimaforandringerne - opsamling og lagring af kuldioxidemissioner under jorden - forblevet uhåndgribeligt på grund af til dels usikkerhed om dets økonomiske gennemførlighed.

I et forsøg på at skabe klarhed på dette punkt, forskere ved Stanford University og Carnegie Mellon University har estimeret energibehovet involveret i en kritisk fase af processen.

Deres resultater, udgivet 8. april i Miljøvidenskab og -teknologi, tyder på, at håndtering og bortskaffelse af saltlage med højt saltindhold - et biprodukt af effektiv underjordisk kulstofbinding - vil pålægge betydelige energi- og emissionsstraffe. Deres arbejde kvantificerer disse sanktioner for forskellige ledelsesscenarier og danner en ramme for at gøre tilgangen mere energieffektiv.

"At designe massive nye infrastruktursystemer til geologisk kulstoflagring med en forståelse for, hvordan de krydser andre tekniske udfordringer - i dette tilfælde vanskeligheden ved at styre saltopløsninger med høj saltholdighed - vil være afgørende for at maksimere kulstoffordelene og reducere systemomkostningerne, " sagde seniorforfatter af undersøgelsen Meagan Mauter, en lektor i Civil and Environmental Engineering ved Stanford University.

At komme til ren, fremtiden for vedvarende energi sker ikke fra den ene dag til den anden. En af broerne på den vej vil involvere håndtering af kuldioxid-emissioner - den dominerende drivhusgas, der opvarmer Jorden - efterhånden som fossilt brændstof aftager. Det er her, kulstofbinding kommer ind i billedet. Mens de fleste klimaforskere er enige om behovet for en sådan tilgang, der har været lidt klarhed om de fulde livscyklusomkostninger ved kulstoflagringsinfrastruktur.

Salt udfordring

Et vigtigt aspekt af denne analyse er at forstå, hvordan vi vil håndtere saltlage, højt koncentreret saltvand, der udvindes fra underjordiske reservoirer for at øge kuldioxidlagringskapaciteten og minimere jordskælvsrisikoen. Saltvandsreservoirer er de mest sandsynlige opbevaringssteder for opfanget kuldioxid, fordi de er store og allestedsnærværende, men de udvundne saltlage har en gennemsnitlig saltkoncentration, der er næsten tre gange højere end havvand.

Disse saltlage skal enten bortskaffes via dyb brønd-injektion eller afsaltes til gavnlig genbrug. At pumpe det under jorden - en tilgang, der er blevet brugt til olie- og gasindustriens spildevand - har været forbundet med øget jordskælvsfrekvens og har ført til betydelig offentlig tilbageslag. Men afsaltning af saltlage er betydeligt dyrere og mere energikrævende, delvis, til effektivitetsgrænserne for termiske afsaltningsteknologier. Det er vigtigt, komplekst trin med et potentielt stort prisskilt.

Det store billede

Den nye undersøgelse er den første til omfattende vurdering af energistraffene og kuldioxidemissionerne involveret i saltlagehåndtering som funktion af forskellige kulstoftransporter, reservoirforvaltning og saltlage behandling scenarier i USA Forskerne fokuserede på saltlage behandling forbundet med lagring af kulstof fra kulfyrede kraftværker, fordi de er landets største kilder til kuldioxid, de mest omkostningseffektive mål for kulstofopsamling og deres placeringer er generelt repræsentative for placeringen af ​​kuldioxidpunktkilder.

Måske ikke overraskende, Undersøgelsen fandt højere straffe for saltvandsstyringsscenarier, der prioriterer behandling til genbrug. Faktisk, saltlagehåndtering vil pålægge den største straf efter energiindfangning og komprimering på en per-ton kuldioxidbasis, op til en størrelsesorden større end kulstoftransport, ifølge undersøgelsen.

"Der er ingen gratis frokost, "sagde studielederforfatter Timothy Bartholomew, en tidligere civil- og miljøteknisk kandidatstuderende ved Carnegie Mellon University, der nu arbejder for KeyLogic Systems, en entreprenør for Department of Energy's National Energy Technology Laboratory. "Selv konstruerede løsninger til kulstofopbevaring pålægger energibøder og resulterer i nogle kulstofemissioner. Som følge heraf, vi er nødt til at designe disse systemer så effektivt som muligt for at maksimere deres kulstofreduktionsfordele."

Vejen frem

Løsninger kan være lige ved hånden.

Energistraffen for saltlagehåndtering kan reduceres ved at prioritere opbevaring i reservoirer med lav saltholdighed, minimering af saltvandsekstraktionsforholdet og begrænsning af omfanget af saltopløsning, ifølge forskerne. De advarer, imidlertid, at disse tilgange giver deres egne afvejninger for transportomkostninger, energi sanktioner, reservoiropbevaringskapacitet og sikre hastigheder for kuldioxidinjektion i underjordiske reservoirer. Evaluering af afvejningerne vil være afgørende for at maksimere CO2-emissionsreduktionen, minimering af finansielle omkostninger og begrænsning af eksterne eksternaliteter.

"Der er vandrelaterede konsekvenser for de fleste dybe dekarboniseringsveje, sagde Mauter, som også er stipendiat ved Stanford Woods Institute for the Environment. "Nøglen er at forstå disse begrænsninger tilstrækkeligt detaljeret til at designe omkring dem eller udvikle tekniske løsninger, der afbøder deres påvirkning."