Hvordan fungerer karbonfangst?

Karbonfangst er banebrytende og blir stadig viktigere i den globale kampen mot klimaendringer.

Store mengder karbondioksid (CO₂), en betydelig klimagass, slippes ut i atmosfæren som et resultat av verdens fortsatte store avhengighet av fossilt brensel til industriell produksjon og energi , noe som bidrar til global oppvarming.

Ved å hindre at disse forurensende stoffene noen gang kommer inn i miljøet, gir karbonfangst et botemiddel.

Hva er karbonfangst?

En prosess kalt karbonfangst, noen ganger omtalt som karbonfangst og -lagring (CCS) eller karbonfangst, -utnyttelse og -lagring (CCUS), har som mål å fange CO₂ på utslippsstedet, for eksempel kraftverk, stålverk, sementfabrikker og kjemiske prosesseringsanlegg, før den slippes ut i atmosfæren.

Etter å ha blitt fanget opp, kan CO2 lagres i dyptliggende geologiske formasjoner eller brukes på nytt i en rekke industrielle prosesser, inkludert økt oljeutvinning og syntetisk drivstoff. Målet er å forhindre at disse utslippene forårsaker global oppvarming.

Hvordan fungerer karbonfangst?

En gruppe teknologier kjent som karbonfangst, -utnyttelse og -lagring (CCUS) har som mål å redusere karbondioksid (CO₂)-utslipp fra kraftproduksjon og industrielle prosesser.

Ved å holde CO₂ ute av miljøet bidrar CCUS til å redusere klimaendringer. De tre hovedtrinnene i prosessen – fangst, transport og lagring eller utnyttelse – er alle viktige for effektiv CO₂-håndtering.

Capture
Transport
Lagring eller bruk

1. fangst

CO₂-fangst fra utslippskilder som stålverk, sementfabrikker og kraftverk er det første stadiet. Det finnes flere måter å gjennomføre denne teknisk utfordrende fasen på. Drivstoff omdannes til en gassblanding før forbrenning i forbrenningsfangst, som hovedsakelig brukes i kullforgassifisering.

Denne prosessen gjør det mulig å separere CO₂ fra hydrogen, som deretter brennes for å produsere energi. Vanlig i tradisjonelle kraftverk, innebærer etterforbrenningsfangst å fjerne CO₂ fra røykgasser etter forbrenning av drivstoff, vanligvis ved bruk av kjemiske løsemidler som aminer som binder seg til CO₂.

Drivstoff forbrennes i ren oksygen i stedet for luft ved oksygen-fuel-forbrenning, noe som resulterer i en røykgass som hovedsakelig består av CO₂ og vanndamp, som CO₂ lett skilles fra når vannet kondenserer.

Selv om kostnaden, effektiviteten og anvendeligheten til hver teknologi varierer, er etterforbrenning den mest populære siden den fungerer med infrastrukturen som allerede er på plass.

2. Transport

For effektiv transport komprimeres CO₂ til en tykk, væskelignende form når den er fanget opp. I likhet med naturgassrørledninger er rørledninger den mest brukte teknologien siden de kan transportere store mengder over lange avstander.

CO₂ kan transporteres med lastebiler eller skip i områder uten rørledningsinfrastruktur, men dette er sjeldnere og dyrere. For å stoppe lekkasjer og garantere at CO₂ kommer frem til bestemmelsesstedet, er sikker og pålitelig transport avgjørende.

3. Lagring eller bruk

Skjebnen til fanget CO₂ avgjøres i det siste trinnet. CO₂ lagres (eller bindes) ved å injiseres dypt nede, vanligvis 1–2 km, i geologiske formasjoner som saltholdige akviferer, kullsømmer som ikke kan utvinnes, eller uttømte olje- og gassfelt.

Disse stedene ble valgt på grunn av deres ugjennomtrengelige takbergart og porøse bergart, som permanent fanger CO2. Overvåking sikrer at det ikke er lekkasjer. Alternativt kan utnyttelse gi CO₂ nytt formål.

CO₂ injiseres i oljefelt under forbedret oljeutvinning (EOR) for å utvinne mer olje samtidig som noe CO₂ lagres under jorden. Selv om disse bruksområdene ofte har begrenset langsiktig lagringskapasitet, kan CO₂ også brukes til å lage polymerer, betong, syntetisk drivstoff og kullsyreholdige drikker.

Fordeler med karbonfangst

Fordelene med karbonfangst, -utnyttelse og -lagring (CCUS) inkluderer reduksjon av utslipp, håndtering av klimaendringer, avkarbonisering av industrien og skaping av økonomiske muligheter. På grunn av disse fordelene er det et viktig instrument for å nå globale klimamål og fremme miljømessig og økonomisk bærekraft.

Klimaendringer begrensning
Støtter industriell dekarbonisering
Muliggjør negative utslipp
Økonomiske muligheter

1. Bekjempelse av klimaendringer

Ved å fjerne karbondioksid (CO₂) fra viktige kilder, som kraftverk og industriområder, før det når atmosfæren, reduserer CCUS direkte klimagassutslippene.

Ved å forhindre at CO₂ bidrar til global oppvarming, bidrar CCUS til å redusere klimaendringer som stigende temperaturer, ekstremvær og havnivåstigning. Det er spesielt nyttig for industrier med høye utslipp, der alternative lavkarbonalternativer er begrenset, noe som sikrer vedvarende fremgang mot netto nullutslippsambisjoner.

2. Støtter industriell dekarbonisering

Industrier som sement, stål og kjemikalier slipper ut betydelige CO₂-utslipp på grunn av sin avhengighet av høytemperaturoperasjoner eller kjemiske reaksjoner som iboende frigjør CO₂. CCUS tilbyr en brukbar løsning for å redusere karbonutslipp i disse utfordrende industriene uten å involvere totale prosessendringer.

Sementovner og stålmasovner kan for eksempel fortsette å produsere samtidig som de overholder klimastandarder ved å fange CO₂, og dermed opprettholde sin økonomiske levedyktighet i en lavkarbonfremtid.

3. Muliggjør negative utslipp

Når det kombineres med BECCS eller DAC, kan CCUS oppnå negative utslipp ved å fjerne CO₂ fra atmosfæren. BECCS fanger CO₂ fra brennende biomasse, som allerede absorberer CO₂ under vekst, noe som resulterer i en netto reduksjon, mens DAC utvinner CO₂ direkte fra luften for lagring eller bruk.

Disse teknologiene er avgjørende for å kompensere for restutslipp og nå ambisiøse klimamål, som de som er skissert i Parisavtalen.

CCUS oppmuntrer til innovasjon innen CO₂-baserte produkter, som syntetisk drivstoff, betong og plast, og skaper dermed nye markeder. For eksempel skaper CO₂-utnyttelse i økt oljeutvinning inntekter samtidig som CO₂ lagres under jorden.

4. Økonomiske muligheter

I områder med CCUS-infrastruktur fremmer disse initiativene energisikkerhet og økonomisk velstand. Selv om problemer som kostnader og skalerbarhet nødvendiggjør kontinuerlig innovasjon og politisk bistand, er CCUS en hjørnestein i bærekraftig utvikling ved å redusere utslipp, legge til rette for industrielle endringer og generere økonomiske fordeler.

Utfordringer og kritikk

Noen problemer og innvendinger hindrer den utbredte implementeringen av karbonfangst, -utnyttelse og -lagring (CCUS).

Kostnad
Energikrevende
Lagringsrisikoer
Forsinket overgang

1. Kostnad

Kostnad er hovedproblemet. Med høye kapitalutgifter for å fange opp utstyr og infrastruktur som rør, er installasjon og drift av CCUS-systemer kostbart.

Uten betydelige subsidier eller karbonpriser blir det mindre attraktivt å ettermontere eksisterende anlegg eller bygge nye anlegg på grunn av den økte økonomiske byrden.

2. Energiintensiv

I tillegg bruker prosessen mye energi. Energien som kreves for å kjøre kjemiske løsemidler eller kompressorer under CO2-fangst, spesielt i etterforbrenningssystemer, er høy, noe som reduserer den totale effektiviteten til kraftverk eller industrianlegg.

Hvis den kommer fra fossilt brensel, kan denne energistraffen øke driftskostnadene og delvis motvirke utslippsreduksjonene som CCUS søker å oppnå.

3. Lagringsrisikoer

Lagringsrisiko gir ytterligere bekymringer. Det er en liten sjanse for at CO₂ som injiseres i geologiske formasjoner til slutt vil lekke, forurense grunnvannet eller frigjøre lagret CO₂ tilbake i atmosfæren. Nøye overvåking er nødvendig for å sikre langsiktig integritet på området, noe som øker utgifter og bekymringer for offentlig sikkerhet.

4. Forsink overgangen

Til slutt hevder kritikere at CCUS kan utsette overgangen til fornybar energi . Det kan forlenge bruken av fossilbrenselanlegg ved å få dem til å virke renere, og dermed ta penger bort fra fornybare energikilder som sol eller vind.

Disse vanskelighetene viser at for å garantere at CCUS støtter dekarboniseringsinitiativer i stedet for å hindre dem, kreves det sterke reguleringer, teknologiutvikling og en helhetlig strategi.

Hvor brukes karbonfangst?

Flere nasjoner er i forkant av den globale utrullingen av karbonfangst, -utnyttelse og -lagring (CCUS), som har som mål å redusere CO₂-utslipp fra industrielle kilder og kraftproduksjonskilder.

Forente Stater
Norge
Canada
Midtøsten

1. USA

De to største CCUS-prosjektene i USA er Illinois Industrial CCS-prosjektet, som lagrer CO₂ fra produksjonen av etanol under jorden, og Petra Nova i Texas, som fanger CO₂ fra et kullkraftverk for forbedret oljeutvinning (EOR).

2. Norge

Norge er ledende på dette feltet; siden 1996 har Sleipner- og Snøhvit-prosjektene brukt geologiske formasjoner til havs til å lagre mer enn 20 millioner tonn CO₂ under vann i Nordsjøen.

3. Canada

Et av de første kullkraftverkene i Canada som har fullskala CO₂-innsamling er Boundary Dam-prosjektet i Saskatchewan. Den fangede CO₂-en lagres enten i dype saltvannsmagasiner eller brukes til EOR.

4. Midtøsten

Prosjekter som Uthmaniyah-komplekset i Saudi-Arabia, som gjenbruker CO₂ for å øke oljeproduksjonen samtidig som den lagres under jorden, er eksempler på hvordan Midtøsten forbedrer CCUS, spesielt for EOR.

5. Andre regioner

Drevet av klimamål og teknologiske fremskritt øker også andre regioner, som Kina, Australia og EU, CCUS i sektorer som stål, sement og hydrogenproduksjon.

Nye teknologier innen karbonfangst

I kampen mot klimaendringer er nye teknologier innen karbonfangst, -utnyttelse og -lagring (CCUS) viktige for å redusere atmosfæriske CO₂-nivåer. Ved å fokusere på utslipp fra atmosfæren og industrielle kilder, gir disse kreative løsningene langsiktige måter å bremse den globale oppvarmingen på.

Vi undersøker tre viktige nye teknologier nedenfor: CO₂-til-produkter, mineralisering og direkte luftfangst (DAC).

Direkte luftfangst (DAC)
minera~~POS=TRUNC
CO₂-til-produkter

1. Direkte luftfangst (DAC)

Direct Air Capture er en revolusjonerende enhet som gjenvinner CO₂ direkte fra omgivelsesluften, og takler diffuse utslipp som eksisterende fangstsystemer ikke kan. DAC-systemer suger luft gjennom faste sorbenter (som aminfunksjonaliserte materialer) eller kjemiske løsninger (som flytende løsemidler som kaliumhydroksid) ved hjelp av store vifter.

En konsentrert CO₂-strøm for lagring eller bruk produseres når disse materialene selektivt binder CO₂, som deretter frigjøres gjennom oppvarming eller andre prosedyrer. Pilotanlegg beviser levedyktigheten til DAC, som er banebrytende for firmaer som Climeworks og Carbon Engineering.

De høye energibehovene og utgiftene til DAC, som nå ligger mellom 500 og 600 dollar per tonn CO2 utvunnet, byr imidlertid på utfordringer. Med estimater som indikerer 100–200 dollar per tonn innen 2030, reduseres kostnadene av innovasjoner innen materialeffektivitet og integrering av fornybar energi.

2. Mineralisering

Ved å omdanne CO₂ til faste mineraler som kalsium- eller magnesiumkarbonat, gir mineralisering en langsiktig løsning for CO₂-lagring. I nærvær av vann innebærer denne prosessen reaksjon av CO₂ med naturlig forekommende mineraler som olivin, basalt eller industrielle biprodukter som stålslagg.

Reaksjonen kan økes industrielt i løpet av noen timer eller spontant over generasjoner. Vellykkede prosjekter inkluderer Islands Carbfix, som injiserer CO₂ i basaltformasjoner og lar det mineralisere seg på så lite som to år.

Mineralisering har et enormt geologisk potensial – globale basaltreserver kan lagre utslipp tilsvarende årtusener, men er miljøvennlig og lekkasjesikker.

Kravet om passende vann- og fjellformasjoner, samt kostnadene til strøm for raskere operasjoner, er hindringer. Optimalisering av reaksjonshastigheter og undersøkelse av ex-situ-bruk, som mineralisering av CO₂ i betong, er hovedforskningsområdene.

3. CO₂-til-produkter

CO₂-til-produkter-teknologier genererer økonomiske insentiver for fangst ved å omdanne fanget CO₂ til verdifulle råvarer. Karbonnegativ betong, polymerer, kjemikalier og syntetisk drivstoff (som metanol og jetdrivstoff) kan alle lages av CO₂.

Disse omdannelsene er muliggjort av biologiske teknikker (som bruk av alger), fotokatalyse eller elektrokjemiske prosesser.

Selskaper som CarbonCure, for eksempel, injiserer CO₂ i betong, hvor det mineraliserer og forsterker materialet samtidig som det permanent binder CO₂. Ytterligere bruksområder inkluderer produksjon av forbruksvarer, plast og karbonnøytralt flydrivstoff.

Selv om de er skalerbare, er mange CO₂-til-produkt-prosesser energikrevende, og markedene for noen produkter (f.eks. spesialkjemikalier) er begrensede. Fremskritt innen katalyse og fornybar energi forbedrer lønnsomheten, og det globale markedet for CO₂-avledede varer forventes å nå 1 billion dollar innen 2030.

Fremtiden for karbonfangst, -utnyttelse og -lagring (CCUS) ser lovende ut som en hjørnestein i globale klimainitiativer med sikte på netto nullutslipp innen 2050. Teknologisk utvikling som mineralisering, CO₂-til-produkter og direkte luftfangst øker produktiviteten og kutter utgifter.

Adopsjonen drives frem av økende investeringer, oppmuntrende lover som den amerikanske 45Q-skattefradraget og karbonprising. CCUS kan fange opp 7.6 Gt CO₂ per år innen 2050, ifølge Det internasjonale energibyrået.

Offentlig aksept, økt infrastruktur og rimelig bærekraftig energi er imidlertid nødvendig for skalering. CCUS vil være avgjørende for å dekarbonisere industrien og redusere klimaendringer gjennom internasjonalt samarbeid.

Konklusjon

Til syvende og sist er karbonfangst en viktig del av en større tilnærming som også involverer energieffektivitet, fornybar energi og atferdsendring; det er ikke et universalmiddel. Det gir en mulighet til å oppnå netto nullutslipp, redusere de negative effektene av klimaendringer og begrense økningen i globale temperaturer.

Videre, til tross for CCUS' potensial som et dekarboniseringsverktøy for industrier som er vanskelige å redusere, eksisterer det fortsatt problemer som høye kostnader, energiintensitet og offentlig aksept av lagringssteder.

Adopsjonen drives frem av teknologiske fremskritt og regulatorisk bistand, med prosjekter over hele verden som viser frem dens evne til å redusere utslipp.

Hvordan fungerer karbonfangst?

Hva er karbonfangst?