En ny elektrokemisk tilgang kunne reducere havets surhedsgrad og fjerne kulstof i processen

I bestræbelserne på at bekæmpe de katastrofale følger af global opvarmning skal vi fremskynde indsatsen for at reducere CO2-emissioner og hurtigt skalere strategier til at fjerne kuldioxid (CO₂ ) fra atmosfæren og havene. Teknologierne til at reducere vores kulstofemissioner er modne; dem til at fjerne kulstof fra miljøet er det ikke og har brug for robust støtte fra regeringer og den private sektor.

Kun 45 procent af kuldioxidemissionerne forbliver i atmosfæren; resten absorberes gennem to cyklusser:1) det biologiske kulstofkredsløb lagrer CO₂ i plantemateriale og jord, og 2) det vandige kulstofkredsløb absorberer CO₂ fra atmosfæren til havene. Hver af disse cyklusser tegner sig for 25 procent og 30 procent af den udledte CO₂ hhv.

CO₂ der opløses i havene, reagerer og danner kemikalier, der øger havenes surhedsgrad. Opløsningen af ​​mineraler fra klipper langs kystlinjer virker til at modvirke denne surhedsgrad, i en proces kaldet geologisk forvitring, men den ekstreme stigning i hastigheden og volumen af ​​CO₂ emissioner, især i løbet af de sidste 60 år, har langt overskredet graden af ​​geologisk forvitring, hvilket har ført til en stigning på 30 procent i havets surhedsgrad.

Efterhånden som havene forsures, vil millioner af marine arter og hele økosystemer – især koralrev – være ude af stand til at tilpasse sig.

Vi overvælder Jordens naturlige balanceringssystemer og skader dens økosystemer i processen. Vores seneste arbejde på McMaster University og University of Toronto, støttet af Carbon to Sea Initiative, har forsøgt at løse disse udfordringer.

Udfordringen forude

Den gode nyhed er, at det er muligt at genafbalancere havets pH ved hjælp af en proces kaldet oceanalkalitetsforstærkning (OAE). Hvad mere er, vil denne rebalancering også tilskynde til yderligere CO₂ at blive absorberet fra atmosfæren. Ved omhyggeligt og kontinuerligt at genoprette havets alkalinitet, havforsuring og overskydende atmosfærisk CO₂ koncentrationer kan håndteres samtidigt.

Den mest oplagte tilgang ville være at tilsætte fint formalede alkalimineraler i havet for direkte at sænke vandets surhedsgrad. Imidlertid er den massive skala, hvormed disse processer skal gennemføres, svimlende.

For eksempel anslår vi, at den ækvivalente masse på omkring otte tusinde Empire State-bygninger til en værdi af alkaliske stoffer vil skulle tilføjes til havene hvert år fra midten af ​​århundredet for at opfylde IPCC-emissionsmålene. Det er klart, at denne teknik ikke kan være den eneste løsning.

Vi mener, at en elektrokemisk tilgang opereret på dekarboniseret energi er en af ​​de bedste måder at bekæmpe havforsuring på. Ved hjælp af en proces kaldet bipolar membranelektrodialyse (BMED) fjernes surhedsgraden af ​​havvand direkte uden tilsætning af andre stoffer. Denne teknologi kræver kun havvand, elektricitet og specialiserede membraner.

Enkelheden og modulariteten, der er iboende i BMED-teknologien, muliggør en fleksibel, skalerbar og potentielt omkostningseffektiv metode til fjernelse af kuldioxid.

Bygning i skala

I 2015 – med et team af forskere ved Palo Alto Research Center og X Development – ​​byggede og testede vi et lille BMED-system. Dette system fungerede godt og viser meget lovende, når det kombineres med eksisterende faciliteter såsom afsaltningsanlæg.

Vi identificerede dets primære teknologiske begrænsninger, men i 2015-2017 var CO2-kreditter og incitamenter til klimaændringsteknologier utilstrækkelige, og projektet blev skrinlagt. Nu har det økonomiske og fysiske klima ændret sig.

På den økonomiske front styrker både skattefradragene fra Inflation Reduction Act (IRA) i USA såvel som den støt stigende indtægtsneutrale kulstofskat i Canada den økonomiske levedygtighed af kuldioxidreduktionsteknologier. Ydermere chokerer de seneste ekstreme klimatiske begivenheder i det seneste år fra massive naturbrande i Canada, til de varmeste måneder nogensinde, til de varmeste havtemperaturer, der nogensinde er målt, folk ind i klimaændringernes grelle realiteter og øger efterspørgslen efter rigtige løsninger. BMED-teknologi er en af ​​disse løsninger.

BMED-teknologi er delvist begrænset af de specialiserede membraner, der er kommercielt tilgængelige. Desuden tegner disse membraner sig for en betydelig del (omkring 30 procent) af kapitalomkostningerne og har kort levetid, da de er modtagelige for nedbrydning.

Vores arbejde sigter mod at udvikle skalerbare, ultratynde membraner til brug i en modificeret BMED-proces, samtidig med at vi identificerer effektive driftsforhold, optimale industrielle koblinger og ideelle globale placeringer til omkostningseffektivt at implementere denne OAE-teknologi over hele verden.

De ultratynde membraner vil udvinde surhed mere effektivt end eksisterende kommercielle membraner, mens deres fremstillingsteknik og optimale anvendelse vil dramatisk reducere deres produktions- og driftsomkostninger.

Udvikling af omkostningseffektive BMED-systemer vil åbne en vej til økonomisk levedygtig OAE.

Forsigtig optimisme

For nylig er der blevet dannet adskillige opstartsvirksomheder – såsom Ebb Carbon, SeaO2 og Vesta – som målretter havets kuldioxidfjernelse gennem OAE.

Vi opfordrer til åben kommunikation om de fremskridt og udfordringer, som OAE står over for med offentligheden, forskningsinstitutioner, regeringer og den private sektor for at fremskynde løsninger på OAE's udfordringer.

Især skal vi vurdere virkningen af ​​at justere havvandets alkalinitet på marine økosystemer, samtidig med at vi også udvikler og implementerer pålidelige systemer til at måle, rapportere og verificere nettomængden af ​​surhedsgrad og kulstof, der fjernes.

Sideløbende med dette skal vi også identificere optimale udrulningssteder i stor skala, hvor OAE kan implementeres sikkert og effektivt.

Disse overvejelser undersøges af forskellige grupper, men der er behov for meget mere støtte for hurtigt at undersøge og skalere denne teknologi.

For at overvinde de teknologiske udfordringer og miljømæssige usikkerheder skal regerings-, industri-, non-profit- og venturekapitalstøtte skaleres massivt og dedikeres til omhyggeligt og ansvarligt at validere den storstilede implementering af OAE-teknologier rundt om i verden.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.