Hvordan kulstofintensive industrier kan opskalere kulstofgenanvendelse

Nye teknologier, der opsamler og genbruger kuldioxid fra industrielle processer såsom stål- og cementfremstilling, vil være afgørende, hvis EU skal nå sit mål om at reducere drivhusgasemissionerne med mindst 55 % i 2030 og ned til nul i 2050. mens løsninger dukker op, mere arbejde er nødvendigt for at udrulle dem i stor skala, siger eksperter.

Nogle af de største forurenere - stålet, cement- og kemisk industri, der tegner sig for mere end to tredjedele af alle industrielle kuldioxidemissioner i EU - har allerede gjort nogle fremskridt, at reducere emissionerne med næsten 30 % mellem 1990 og 2018. Dette var til dels takket være EU's flagskibsklimapolitik – emissionshandelssystemet – som følger princippet om, at forureneren betaler, hvor visse industrier betaler for en (begrænset) emissionskvote for hvert ton CO ₂ -ækvivalent de sprøjter ind i atmosfæren.

Denne tilgang har forsøgt at afskrække brugen af ​​fossile brændstoffer ved at opkræve en lille smule for emissioner - men det er ikke nok, og det er ikke hurtigt nok, siger Stuart Haszeldine, professor i kulstoffangst og -lagring ved University of Edinburgh, Storbritannien.

"De politikker, vi har i øjeblikket, er gode til at starte på rejsen, men de … når bestemt ikke til rejsens endepunkt. Der er måder at nå disse mål på, men vi har ikke været dristige nok til at gøre dem."

I stedet for at håndtere det rodede output, den reneste måde at reducere drivhusgasemissionerne på er at bruge vedvarende elektricitet som den vigtigste energikilde – men det er ikke altid muligt. At plante træer for at opsuge kulstof fra atmosfæren kunne være en anden afgørende brik i puslespillet, men det er en langsom og stabil løsning, en der vil tage år og skala, at bringe meningsfuld forandring.

Fang og gem

Den måske mest kritiske ingrediens for at opfylde Paris-aftalens pagt om at begrænse den globale opvarmning til 'godt under' 2 grader Celsius sammenlignet med førindustrielle niveauer er bevist industriel teknologi designet til at opfange og lagre CO ₂ før det udsendes til atmosfæren, siger prof. Haszeldine.

Dette kunne gøres ved at give CO2-intensive industrier mandat til gradvist at investere i lagring og/eller genanvendelse af en procentdel af CO2 ₂ de producerer, foreslog han.

Cementindustrien, for eksempel, producerer mere end 4 milliarder tons produkt hvert år, tegner sig for omkring 8 % af den globale CO ₂ emissioner - men kun en tredjedel af dens emissioner stammer fra brugen af ​​brændstof til kraft, hvilket betyder, at det ikke er nok at skifte til vedvarende energi.

Hovedparten af ​​dets emissioner er uløseligt forbundet med processen til fremstilling af klinker, en af ​​hovedingredienserne i cement.

For at gøre produktionen af ​​det mest udbredte byggemateriale grønnere, projekter som CLEANKER tester i industrielle omgivelser anvendeligheden af ​​at opfange CO ₂ frigivet under cementproduktionsprocessen. CLEANKER bruger såkaldt calcium looping teknologi, som bruger calciumoxid-baserede sorbenter til at opfange CO ₂ ved høje temperaturer.

Teknologien har potentiale til at udnytte mere end 90 % af CO ₂ fremstillet i en cementfabrik, siger Riccardo Cremona, som arbejder med forskere fra Politecnico di Milano, et universitet i Italien, på CLEANKER-projektet.

En vigtig hindring for adoption er omkostningerne - omkostningerne ved at implementere en sådan teknologi er af samme størrelsesorden som at bygge selve cementfabrikken, så det er ubelejligt for producenterne i øjeblikket. Men hvis Paris-aftalen og 2050-målene skal nås, han sagde, "vi er nødt til at adoptere denne teknologi ... CO2-opsamling vil være grundlæggende for store industrier, der ønsker at være kulstoffri."

En gang CO ₂ er blevet fanget, det kan komprimeres til flydende tilstand og kan derefter pumpes under jorden for at genopfylde, for eksempel, udtømte olie- og gasreservoirer eller kullejer.

Genanvendt

Den fangede CO ₂ kan også genbruges til at producere andre værdifulde produkter, som var målet for det nylige Carbon4PUR-projekt. Målet, siger projektkoordinator Dr. Liv Adler fra polymervirksomheden Covestro Deutschland, var at demonstrere og vurdere, om det er teknisk muligt, økonomisk gennemførligt og bæredygtigt at genanvende stålværksgasser, der indeholder CO ₂ og kulilte til mellemforbindelser, der kan bruges til at fremstille isoleringsplader eller træbelægninger.

Projektet har givet lovende resultater, demonstrere evnen til at omdanne stålværksgasblandinger til mellemprodukter for plastpolymerer kaldet polyurethaner, men Dr. Adler siger, at denne type teknologi kun er en del af løsningen - der er andre komponenter, der udgør polyurethaner, som også kan ændres.

"Forestil dig at bage en kage. Vi arbejdede på, for eksempel, mælken du skal bruge til at lave kagen, men hver anden ingrediens er stadig den samme, " hun sagde.

"For virkelig at reducere emissionerne ... skal vi ikke kun udveksle mælken, men også bytte æg, melet og sukkeret, og først da kan vi nå frem til et ægte bæredygtigt produkt."

Et andet initiativ designet til at øge bæredygtigheden, denne gang i den kemiske industri, er CatASus-projektet, som er koordineret af Katalin Barta Weissert, professor ved Institut for Kemi ved Universitetet i Graz, Østrig.

Projektet arbejder på at udvikle mere bæredygtige metoder til at udlede vedvarende kilder til aminer - en familie af kemikalier, der er udbredt til stede i lægemidler, landbrugskemikalier og overfladeaktive stoffer - fra nedbrydning af lignocellulose (affald fra plantetørstof, der produceres rigeligt i landbrug og skovbrug). I det væsentlige, ved at bruge affaldsbiomasse til fremstilling af aminer, der bør ikke være ekstra CO ₂ emissioner, der ellers ville opstå for at producere disse kemikalier.

Det afgørende er, at grundforskning som denne bliver ved med at blive finansieret - først da vil videnskabsmænd være i stand til at udvikle metoder, der i sidste ende vil formørke status quo så meget, at industrien vil være tvunget til at tage sådanne teknologier i brug. hun siger.

"Til sidst skulle vi nå det stadie, hvor vi designer noget smart, som faktisk vil koste mindre... hvor industrien vil sige "det er fantastisk; det er mindre forurenende, mindre farligt, men også billigere for os."

Ung

Som det står, mange af de projekter, der udvikler nye kulstofbesparende teknologier til vedvarende kemikalier, er unge - de har en lang vej at gå, siger Dr. Adler.

For eksempel, selvom hendes Carbon4PUR-projekt med succes har demonstreret proof of concept i semi-industriel skala, det skal afprøves i større skala, og det vil tage mindst fem til 10 år (forudsat at alt går godt), før det vil være markedsklar, hun siger.

I mellemtiden store kulstoflagringsprojekter er allerede i gang. Norge, for eksempel, har opbevaret CO ₂ under Nordsøen i årtier – drevet af en kulstofafgiftspolitik på offshore olie- og gasfelter. Og Storbritannien er ved at finansiere to store projekter, der skal starte i 2025, med to mere inden 2030.

Så visse teknologier, der kan gøre en stor forskel, findes allerede, men problemet er, hvordan man implementerer dem hurtigt nok og på tværs af kontinentet. Regeringer gør ikke nok fremskridt i denne henseende, fordi det betyder, at de fuldstændigt skal ændre den måde, deres energisystem fungerer på. siger prof. Haszeldine. Ved at bruge EU-ETS Innovationsfonden, EU kan hjælpe med at finansiere det første pilotprojekt, der viser kulstoffangst og -lagring i et land, men det kan ikke finansiere alt, fordi der er for meget at finansiere, han siger.

"En regering skal være kreativ - for at opfinde en måde at gøre dette uundgåeligt, få virksomheder og virksomheder til at rense deres CO2-udledning i stedet for at sætte dem i atmosfæren. Oprydningen skal blive normal."

Hvis Europa ønsker at opnå denne netto-nul position, han siger, "det er virkelig nødt til at øge sin ambition om den konstruerede opsamling af kulstoffangst og -lagring med en meget stor mængde."

Problemet

For at fremskynde udbredelsen af ​​banebrydende teknologier og skære ned på industrisektorens kulstofaftryk, EU er ved at udvikle en plan for at skabe bedre forbindelser mellem Europas forsknings- og innovationssamfund og industrien.

Denne køreplan med lavt kulstofindhold vil være den første i en række industrielle teknologikøreplaner, der beskriver, hvordan forskning og industri bedre kan arbejde sammen. med kommende emner, herunder cirkulære industrier.

Denne historie er en del af en serie, hvor vi hører fra den næste generation af videnskabsmænd og forskere, der arbejder på at tackle globale udfordringer.

En diskussion om modstandsdygtighed, europæiske industrier med lav CO2-udledning finder sted den 24. juni som en del af Europa-Kommissionens konference for Research and Innovation Days.