Ein „mechanischer Baum“ entfernt etwa 1,000-mal schneller Kohlendioxid aus der Luft als ein natürlicher Baum. Die erste soll 2022 in Arizona in Betrieb gehen. Illustration über die Arizona State University
Zwei Jahrhunderte der Verbrennung fossiler Brennstoffe haben mehr Kohlendioxid, ein starkes Treibhausgas, in die Atmosphäre freigesetzt, als die Natur entfernen kann. Wenn sich das CO2 aufbaut, wird es fängt überschüssige Wärme ein nahe der Erdoberfläche, was zu einer globalen Erwärmung führt. Es gibt jetzt so viel CO2 in der Atmosphäre, dass die meisten Szenarien zeigen Die Beendigung der Emissionen allein wird nicht ausreichen um das Klima zu stabilisieren – auch die Menschheit wird CO2 aus der Luft entfernen müssen.
Das US-Energieministerium hat eine neue Kundenziele zu skalieren direkte Luftaufnahme, eine Technologie, die chemische Reaktionen nutzt, um CO2 aus der Luft binden. Während die Bundesfinanzierung für die COXNUMX-Abscheidung oft kritisiert wird, weil einige Leute sie als Entschuldigung für die Fortsetzung der Nutzung fossiler Brennstoffe sehen, wird die COXNUMX-Entfernung in irgendeiner Form wahrscheinlich sein noch notwendig sein, zeigen IPCC-Berichte. Eine Technologie zur mechanischen Entfernung von Kohlenstoff befindet sich in der Entwicklung und ist in Betrieb bei ein sehr kleiner Maßstab, zum Teil, weil die derzeitigen Verfahren unerschwinglich teuer und energieintensiv sind. Aber neue Techniken werden dieses Jahr getestet, die dazu beitragen könnten, den Energiebedarf und die Kosten zu senken.
Wir haben Professor der Arizona State University gefragt Klaus Lackner, ein Pionier in der direkten Luftabscheidung und Kohlenstoffspeicherung, über den Stand der Technik und ihre Entwicklung.
Was ist direkte Kohlenstoffentfernung und warum wird sie als notwendig erachtet?
Als ich Anfang der 1990er Jahre begann, mich für Kohlenstoffmanagement zu interessieren, trieb mich die Beobachtung an, dass sich Kohlenstoff in der Umwelt ansammelt. Es braucht die Natur Tausende von Jahren, um dieses CO2 zu entfernen, und wir sind auf a Flugbahn zu viel höherem CO2 Konzentrationen, die weit über alles hinausgehen, was Menschen erlebt haben.
Die Menschheit kann es sich nicht leisten, dass immer mehr überschüssiges Kohlenstoff in der Umwelt herumschwimmt, also müssen wir es wieder herausholen.
Nicht alle Emissionen stammen aus großen Quellen, wie z Kraftwerke oder Fabriken, wo wir CO2 abfangen können, sobald es herauskommt. Wir müssen uns also mit der anderen Hälfte der Emissionen befassen – von Autos, Flugzeugen, einer heißen Dusche, während Ihr Gasofen CO2 ausstößt. Das bedeutet, CO2 aus der Luft zu ziehen.
Da sich CO2 schnell in der Luft vermischt, spielt es keine Rolle, wo auf der Welt das CO2 entfernt wird – die Entfernung hat die gleiche Wirkung. So können wir die Direct-Air-Capture-Technologie genau dort platzieren, wo wir das CO2 verwenden oder speichern möchten.
Auch die Art der Lagerung ist wichtig. CO2 nur 60 Jahre oder 100 Jahre zu speichern ist nicht gut genug. Wenn in 100 Jahren all dieser Kohlenstoff wieder in der Umwelt ist, haben wir uns nur um uns selbst gekümmert, und unsere Enkel müssen es wieder herausfinden. Inzwischen wächst der weltweite Energieverbrauch um ca 2% pro Jahr.
Eine der Beschwerden über die direkte Luftabscheidung ist neben den Kosten, dass sie energieintensiv ist. Kann dieser Energieverbrauch gesenkt werden?
Zwei große Energieverbraucher bei der direkten Lufterfassung sind der Betrieb von Ventilatoren, um Luft anzusaugen, und das anschließende Erhitzen, um das CO2 zu extrahieren. Es gibt Möglichkeiten, den Energiebedarf für beide zu reduzieren.
Wir sind zum Beispiel auf ein Material gestoßen, das CO2 anzieht, wenn es trocken ist, und es abgibt, wenn es nass ist. Wir erkannten, dass wir dieses Material Wind aussetzen könnten und es sich mit CO2 aufladen würde. Dann könnten wir es nass machen und es würde das CO2 freisetzen auf eine Weise, die weitaus weniger Energie benötigt als andere Systeme. Die Zugabe von Wärme aus erneuerbarer Energie erhöht den CO2-Druck noch weiter, sodass wir ein mit Wasserdampf gemischtes CO2-Gas haben, aus dem wir reines CO2 gewinnen können.
Wir können noch mehr Energie sparen, wenn die Erfassung passiv ist – es ist nicht notwendig, dass Ventilatoren die Luft herumblasen; Die Luft bewegt sich von alleine.
Mein Labor erstellt dafür eine Methode namens mechanische Bäume. Es sind hohe vertikale Spalten von Scheiben, die mit einem chemischen Harz beschichtet sind und einen Durchmesser von etwa 5 Fuß haben, wobei die Scheiben etwa 2 Zoll voneinander entfernt sind, wie ein Stapel Schallplatten. Beim Durchblasen der Luft nehmen die Oberflächen der Scheiben CO2 auf. Nach etwa 20 Minuten sind die Scheiben voll und sinken in ein darunter liegendes Fass. Wir schicken Wasser und Dampf ein, um das CO2 in eine geschlossene Umgebung freizusetzen, und jetzt haben wir eine Niederdruckmischung aus Wasserdampf und CO2. Wir können den größten Teil der Wärme zurückgewinnen, die zum Aufheizen der Box aufgewendet wurde, sodass die zum Aufheizen benötigte Energiemenge recht gering ist.
Durch die Nutzung von Feuchtigkeit können wir etwa die Hälfte des Energieverbrauchs vermeiden und für den Rest erneuerbare Energie nutzen. Dies erfordert zwar Wasser und trockene Luft, ist also nicht überall ideal, aber es gibt auch andere Methoden.
Kann CO2 langfristig sicher gespeichert werden und gibt es genügend Speicher?
Ich begann in den 1990er Jahren mit der Arbeit am Konzept der Mineralienabscheidung und leitete eine Gruppe in Los Alamos. Die Welt kann CO2 tatsächlich dauerhaft abbauen, indem sie sich die Tatsache zunutze macht, dass es eine Säure ist und bestimmte Gesteine Basen sind. Wenn CO2 mit kalziumreichen Mineralien reagiert, es bildet feste Karbonate. Durch Mineralisierung des CO2 so, wir kann speichern eine nahezu unbegrenzte Menge an Kohlenstoff dauerhaft.
Da ist zum Beispiel viel Basalt – Vulkangestein – drin Island, das mit CO2 reagiert und verwandelt es innerhalb weniger Monate in feste Karbonate. Island könnte Zertifikate zur Kohlenstoffbindung an den Rest der Welt verkaufen, weil es CO2 für den Rest der Welt einlagert.
Es gibt auch riesige unterirdische Reservoirs aus der Ölförderung im Permian Basin in Texas. Es gibt große Salzwasserleiter. In der Nordsee, einen Kilometer unter dem Meeresboden, hat das Energieunternehmen Equinor CO2 aus einer Gasaufbereitungsanlage abgeschieden und gespeichert eine Million Tonnen CO2 pro Jahr seit 1996, Vermeidung Norwegens Steuer auf CO2-Emissionen. Die Menge an unterirdischer Lagerung, in der wir Mineralien binden können, ist weitaus größer, als wir jemals für CO2 benötigen werden. Die Frage ist, wie viel in nachgewiesene Reserve umgewandelt werden kann
.Wir können auch Direct Air Capture verwenden um den Kohlenstoffkreislauf zu schließen – was bedeutet, dass CO2 wiederverwendet, aufgefangen und wiederverwendet wird, um zu vermeiden, dass mehr produziert wird. Derzeit nutzen die Menschen Kohlenstoff aus fossilen Brennstoffen, um Energie zu gewinnen. Sie können CO2 in synthetische Kraftstoffe – Benzin, Diesel oder Kerosin – umwandeln, die keinen Kohlenstoff enthalten, indem Sie das CO2 mit mischen grüner Wasserstoff mit erneuerbarer Energie erstellt. Dieser Kraftstoff kann problemlos durch vorhandene Pipelines transportiert und jahrelang gelagert werden, sodass Sie in einer Winternacht in Boston Wärme und Strom mit Energie erzeugen können, die im vergangenen Sommer in West-Texas als Sonnenschein gesammelt wurde. Eine Tankfüllung „Synfuel“ kostet nicht viel und ist kostengünstiger als eine Batterie.
Das Energieministerium hat sich zum Ziel gesetzt, die Kosten für die Entfernung von Kohlendioxid auf 100 US-Dollar pro Tonne zu senken und innerhalb eines Jahrzehnts schnell zu erhöhen. Was muss passieren, damit das Realität wird?
DOE macht mir Angst, weil sie es so klingen lassen, als wäre die Technologie bereits fertig. Nachdem wir die Technologie 30 Jahre lang vernachlässigt haben, können wir nicht einfach sagen, dass es Unternehmen gibt, die wissen, wie es geht, und wir müssen es nur vorantreiben. Wir müssen davon ausgehen, dass dies eine im Entstehen begriffene Technologie ist.
Climeworks ist das größte Unternehmen, das die Direktabscheidung kommerziell betreibt, und es verkauft CO2 zu rund 500 bis 1,000 Dollar pro Tonne. Das ist zu teuer. Andererseits könnte die Welt es bei 50 Dollar pro Tonne schaffen. Ich denke, wir können es schaffen.
Die USA verbrauchen jährlich etwa 7 Millionen Tonnen CO2 Händler CO2 – denken Sie, dass kohlensäurehaltige Getränke, Feuerlöscher und Getreidesilos es verwenden, um Getreidepulver zu kontrollieren, das eine Explosionsgefahr darstellt. Der durchschnittliche Preis beträgt 60 bis 150 US-Dollar. Unter 100 $ haben Sie also einen Markt.
Was Sie wirklich brauchen, ist ein regulatorischer Rahmen, der besagt, dass wir verlangen, dass CO2 eingedämmt wird, und dann wird sich der Markt von der heutigen Abscheidung von Kilotonnen CO2 zur Abscheidung von Gigatonnen CO2 bewegen.
Wo sehen Sie diese Technologie in 10 Jahren?
Ich sehe eine Welt, die fossile Brennstoffe wahrscheinlich schrittweise aufgibt, aber den Auftrag hat, das gesamte CO2 langfristig abzufangen und zu speichern.
Unsere Empfehlung ist, wenn Kohle aus dem Boden kommt, sollte sie mit einer gleichmäßigen Entfernung abgestimmt werden. Wenn Sie 1 Tonne Kohlenstoff in Verbindung mit Kohle, Öl oder Gas produzieren, müssen Sie 1 Tonne weglegen. Es muss nicht die gleiche Tonne sein, aber es muss eine sein Beschlagnahmebescheinigung das sicherstellt, dass es weggeräumt wurde und mehr als 100 Jahre halten muss. Wenn der gesamte Kohlenstoff von dem Moment an, in dem er aus dem Boden kommt, zertifiziert ist, ist es schwieriger, das System zu überlisten.
Eine große Unbekannte ist, wie sehr Industrie und Gesellschaft darauf drängen werden, COXNUMX-neutral zu werden. Es ist ermutigend, solche Unternehmen zu sehen Microsoft und Stripe Kauf von COXNUMX-Zertifikaten und Zertifikate zur Entfernung von CO2 und sind bereit, ziemlich hohe Preise zu zahlen.
Es kann ein oder zwei Jahrzehnte dauern, bis sich neue Technologien durchsetzen, aber wenn die wirtschaftliche Anziehungskraft vorhanden ist, können die Dinge schnell gehen. Der erste kommerzielle Jet war 1951 erhältlich. Bis 1965 waren sie allgegenwärtig.
Über den Autor
Klaus Lackner, Professor für Ingenieurwissenschaften und Direktor des Center for Negative Carbon Emissions, Arizona State University
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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