Koolstof uit de lucht zuigen lost klimaatverandering niet op

Maar het kan een paar belangrijke stukjes van de puzzel over schone energie opvullen.

koolstof technische fabriek Koolstoftechniek

Klimaatverandering wordt veroorzaakt door kooldioxide in de atmosfeer te brengen. Wat als we het in plaats daarvan eruit halen?

Het idee om koolstofdioxide rechtstreeks uit de lucht te halen, stuitert al meer dan tien jaar rond in beleidskringen voor klimaatverandering, maar het is pas de afgelopen jaren dat de technologie zelf - directe luchtvangst of DAC - is getest in de echte wereld.



In juni kregen we de eerste solide technische en kostencijfers op DAC, met dank aan een bedrijf genaamd Koolstoftechniek uit Calgary, Canada.

In een papier in het nieuwe energiejournaal Joule , rapporteert het bedrijf (onder leiding van zijn oprichter, David Keith van Harvard) zijn ervaring in de afgelopen drie jaar met het runnen van een DAC-demonstratiefabriek in Squamish, British Columbia. Het is de duidelijkste blik tot nu toe op hoe DAC echt zou kunnen werken, niet alleen als een technologie, maar als een bedrijf. Ik ben onder de indruk van de mate van transparantie, detail en duidelijkheid in de Joule papier, Dr. Julio Friedmann , vertelde een voormalig door Obama aangestelde bij het ministerie van Energie en een vooraanstaande medewerker bij het Energy Futures Initiative, me. Het zet de standaard voor toekomstige spelers.

Het voorpaginanieuws van de krant is dat de kosten van het afvangen van een ton CO2 — geschat op ongeveer $ 600 in 2011 - is gedaald tot tussen $ 94 en $ 232. Bijna elke bron van hernieuwbare energie kan een ton koolstof voorkomen voor een lagere prijs, maar toch, aan de onderkant, onder de $ 100, begint DAC er levensvatbaar uit te zien in een koolstofarme wereld.

Iets met het idee om koolstof uit de lucht te halen, raakte een gevoelige snaar. Het onderzoek werd uitgebreid en enthousiast ontvangen persaandacht , waarvan sommige kopschrijvers inhielden die over hun ski's stapten, zoals deze op het stuk Atlantic Meyer van Robinson Meyer: Klimaatverandering kan worden gestopt door lucht in benzine te veranderen . (Verteller: dat kan niet.) Het artikel zelf is verstandig en slim, maar het is vrij duidelijk uit de reactie van het brede publiek dat niet veel mensen voorbij de koppen van dit verhaal lezen.

Hier is namelijk de rechtse psycholoog , Jordan Peterson :

leuke dingen om te doen tijdens quarantaine

Dat is... zeer fout.

Om de bottom line duidelijk te stellen: het vermogen om koolstof uit de lucht te halen is geen wondermiddel. Het is niet de goedkoopste of meest effectieve manier om klimaatverandering tegen te gaan. Het stelt ons niet in staat om het harde werk van het verminderen van onze uitstoot te omzeilen.

De apocalyps is in feite niet afgewend. Tenminste nog niet. Niemand die deze technologie begrijpt, inclusief Keith zelf, gelooft anders.

Maar DAC is een interessant geval, een hulpmiddel dat mogelijk kan helpen op verschillende plaatsen waar de huidige technologieën voor schone energie ontbreken, dus laten we eens kijken waar het past en wat het kan doen.

Waar directe luchtopname past in het koolstofbeeld

Het fundamentele probleem van klimaatverandering is dat we te veel koolstof uit de geosfeer (ondergronds) verwijderen en het in de actieve biosfeer (bovengronds) brengen, waar het dient om de oppervlaktetemperatuur te verhogen.

Vanuit het oogpunt van mitigatie van klimaatverandering zijn er twee fundamentele manieren om met CO2-emissies om te gaan.

Het slimste en goedkoopste is om ze überhaupt niet uit te stoten. We kunnen dat op een miljoen verschillende manieren doen, door ons verbruik te verminderen, de huidige technologieën efficiënter te gebruiken of over te schakelen op koolstofarme technologieën en praktijken.

De tweede is om CO2 uit de biosfeer te verwijderen en terug in de geosfeer te brengen, waar het de planeet niet zal koken. Dergelijke negatieve emissies kunnen uiteindelijk nodig zijn als we meer CO2 uitstoten dan ons koolstofbudget voor niet meer dan 2 graden Celsius stijging van de wereldwijde gemiddelde temperatuur, het doel dat de wereld in Parijs is overeengekomen.

Veel van de verwarring rond DAC komt voort uit het feit dat het beide rollen kan spelen: het kan CO2-emissies voorkomen of CO2 verminderen. Voorlopig heeft Keith's bedrijf, Carbon Engineering, ervoor gekozen om in de eerste ruimte te spelen, niet in de laatste.

Dus wat betekent dat?

We hebben tot dusver weinig opties om tot echte negatieve emissies te komen

Laten we eerst naar de laatste categorie kijken, aangezien dit de categorie is met de grootste implicaties op de lange termijn: koolstof verplaatsen van de biosfeer terug naar de geosfeer, het uit de circulatie halen (het opsluiten) zodat het de aarde niet langer opwarmt.

Er is een belangrijke verwarring over deze categorie. Vanuit een netto-koolstofperspectief is het enige dat telt voor negatieve emissies het begraven van meer koolstof dan je opgraaft. Het maakt niet uit welke koolstof je begraaft, of waar, zolang het algemene teken maar negatief is, meer naar binnen dan naar buiten.

Maar als je kijkt naar individuele koolstofvastleggingsprojecten vanuit een koolstofboekhoudingsperspectief, is het een andere zaak. De projecten die het meest bekend zijn als koolstofafvang en -vastlegging (CCS) - namelijk faciliteiten die CO2 opvangen uit de uitlaatstroom van een fossiele brandstofcentrale of een zwaar industrieel proces, zoals de (mislukte) Kemper-energiecentrale in Mississippi - kwalificeren niet als negatieve emissies . Ze zijn niet CO2-negatief. (Hetzelfde geldt voor de nieuwe Net Power aardgasfabriek in Texas , die CO2 scheidt tijdens het verbrandingsproces.)

De demonstratiefabriek van 50 MW van NET Power in La Porte, Texas verbrandt aardgas zonder kooldioxide uit te stoten.

De aardgascentrale van Net Power, die richting CO2-neutraal gaat, maar niet negatief.

PRNewsfoto/NET Power, LLC

Onthoud dat voor negatieve emissies u meer koolstof van de biosfeer naar de geosfeer moet verplaatsen dan omgekeerd. Als je steenkool uit de geosfeer opgraaft, verbrandt voor elektriciteit, de koolstof terugwint en terug in de geosfeer plaatst, verplaats je geen netto koolstof van de biosfeer naar de geosfeer. Je verplaatst gewoon wat van de geosfeer terug naar de geosfeer. Je creëert (op zijn best) koolstof- neutrale , niet CO2-negatief, vermogen. Je zit in de eerste categorie (voorkomen van extra uitstoot), niet in de tweede (vermindering van de netto atmosferische koolstof).

Dat wil niet zeggen dat CCS voor op fossiele brandstoffen gestookte installaties en processen geen belangrijk onderdeel zal zijn van krijgen tot negatieve emissies. Er kunnen toepassingen zijn van fossiele brandstoffen waarvan we niet weten hoe we ze moeten vermijden, dus we zullen hun uitstoot hoe dan ook moeten begraven.

Maar om negatief te worden, zullen we meer moeten doen. Wat zijn de mogelijkheden om tot echte negatieve emissies te komen? Hoewel er een aantal ideeën zijn voor hoe het kan worden gedaan, waaronder technieken als: alkaliteit aan de oceaan toevoegen door stenen te verweren , zijn er slechts twee waarvan we enig idee hebben hoe we ze moeten schalen, althans momenteel.

De eerste is bio-energie met koolstofafvang en -vastlegging (BECCS), waarbij biomassa (planten of bioafval) wordt verbrand in een thermische elektriciteitscentrale, CO2 wordt opgevangen uit de uitlaatstroom en de CO2 wordt begraven. Biomassa komt uit de biosfeer, dus het gaat echt om het overbrengen van koolstof van de biosfeer naar de geosfeer - waardoor de netto atmosferische koolstof wordt verminderd.

beccs

BECCS, legde uit, soort van.

Sanchez 2015

Modellen die laten zien dat we de klimaatdoelstelling van Parijs halen van ruim onder de 2°C stijging van de wereldwijde gemiddelde temperatuur bijna allemaal brengen enorme hoeveelheden negatieve emissies met zich mee , die ze meestal van BECCS krijgen.

De andere potentiële negatieve emissietechnologie is DAC + koolstofvastlegging, die koolstof uit de lucht (de biosfeer) naar de grond (de geosfeer) kan verplaatsen.

Momenteel zijn er, voor zover ik weet, slechts twee DAC-bedrijven in de wereld: Carbon Engineering en klimwerk (met een commerciële fabriek in de thuisbasis van Zürich, Zwitserland, en a proeffabriek in IJsland). Evenmin is het begraven van de koolstof die het vangt. De commerciële fabriek van Climeworks verkoopt zijn CO2 aan kassen (ironisch, op de een of andere manier), en die van Carbon Engineering, zoals we zo zullen zien, gaat zijn CO2 gebruiken om brandstoffen te maken. De enige uitzondering is de IJslandse proeffabriek van Climeworks, die haar bescheiden jaarlijkse 50 ton CO2 opvangt en begraaft als basaltgesteente.

Er is geen markt voor negatieve emissies waarin DAC kan concurreren

Waarom begraven de commerciële DAC-fabrieken hun uitstoot niet?

Twee redenen.

Ten eerste is het alsof je geld in brand steekt. CO2 dat voor kassen wordt gebruikt, heeft economische nevenvoordelen (d.w.z. het is geld waard). Hetzelfde geldt voor CO2 dat wordt gebruikt om brandstoffen te maken, of voor verbeterde oliewinning, of als industriële grondstof. Daarentegen heeft het begraven van CO2 geen enkel economisch voordeel. Het is voor niemand iets waard (behalve, weet je, de mensheid als geheel, op de lange termijn).

hoe krijg ik mijn informatie van internet?

De enige manier om geld te verdienen met vastlegging is als een overheid het rechtstreeks subsidieert of als er een extreem hoge koolstofprijs is. De VS heeft wat nieuwe fiscale stimuleringsmaatregelen voor CCS , maar niets van de schaal en stabiliteit die nodig is om grote, langetermijninvesteringen in infrastructuur aan te moedigen. En er is nergens ter wereld een koolstofprijs die hoog genoeg is om vastlegging lonend te maken. Koolstof is in de buurt $ 18 per ton in Europa nu , wat vrij ver onder de $ 94 ligt. (Het gebrek aan hoge koolstofprijzen is ook de reden waarom er vrijwel geen BECCS commercieel actief is.)

het Kemper ccs-project

Het late, niet beklaagde Kemper kolen CCS-project.

Wikipedia

Ten tweede, zelfs als er een markt voor sekwestratie zou zijn, zou het die markt niet schelen waar de begraven koolstof vandaan kwam (en dat zou ook niet moeten - koolstof is koolstof). Het zou betalen voor elke CCS, waar dan ook. Dat zou DAC in directe concurrentie brengen met koolstofafvang in thermische energiecentrales, en het zal altijd gemakkelijker zijn om CO2 uit een uitlaatstroom te halen, waar het geconcentreerd is (ongeveer 1 molecuul op 10), dan uit de lucht, waar het sterk verspreid is (ongeveer 1 molecuul op 2500).

Theoretisch kan DAC overal worden geplaatst, ook direct naast ondergrondse grotten die geschikt zijn voor koolstofvastlegging, zodat het de CO2-transportkosten kan verlagen. Maar zelfs dat zal het kostennadeel waarschijnlijk niet opheffen.

Nu kan het zijn dat we op een gezegende dag, later in de eeuw, geen uitlaatgassen meer hebben van fossiele brandstoffen om CO2 uit te halen, en DAC zal alleen concurreren met BECCS voor sekwestratiefondsen. Dan heeft het misschien een vechtkans; hoewel de kosten voor het afvangen van koolstof hoger zijn, vereist het, schat Keith, 30 tot 100 keer minder land.

Maar dat is een lange tijd vrij, en Carbon Engineering is een bedrijf, geen liefdadigheidsonderneming, dus het moet iets doen met de afgevangen CO2 die rendeert - genoeg betaalt om het hele proces op korte termijn de moeite waard te maken. Dat is de enige manier waarop DAC kan opschalen.

En dat brengt ons bij de toegevoegde waarde van Carbon Engineering, die het hoopt te gebruiken om te concurreren in de eerste categorie: het voorkomen van emissies.

DAC kan zeer koolstofarme brandstoffen produceren, waarvoor een markt is

In plaats van de CO2 die het opvangt te begraven, is Carbon Engineering van plan het te gebruiken als input om synthetische brandstoffen te maken die diesel, benzine of vliegtuigbrandstof kunnen vervangen.

Even wat achtergrondinformatie over synthetische brandstoffen .

Bij het maken van synthetische brandstoffen (er zijn een aantal verschillende soorten) wordt een op koolstof gebaseerd molecuul, meestal CO2, gecombineerd met waterstof. Elektriciteit drijft het proces aan.

zonnebrandstoffen

Zonnebrandstoffen, uitgelegd, soort van.

MET

De koolstofintensiteit van de resulterende brandstoffen hangt af van de bron van alle drie de componenten: de elektriciteit, de CO2 en de waterstof.

Als de elektriciteit uit fossiele brandstoffen komt, komt de CO2 uit een uitlaatstroom van fossiele brandstoffen (d.w.z. uit de geosfeer), en de waterstof komt van stoomreforming van aardgas (zoals ongeveer 95 procent van waterstof tegenwoordig doet), is de resulterende brandstof extreem koolstofintensief.

Als de elektriciteit uit hernieuwbare bronnen komt, komt de CO2 uit de lucht (d.w.z. de biosfeer) en de waterstof komt uit zonne-energie elektrolyse , de resulterende brandstof is extreem koolstofarm.

Carbon Engineering wil zeer koolstofarme brandstoffen maken, met een proces dat wordt aangedreven door hernieuwbare energiebronnen, waarbij CO2 uit de lucht wordt gebruikt en waterstof wordt onttrokken aan elektrolyse. Het bedrijf noemt de proceslucht naar brandstoffen, of A2F, en mikt op een brede commercialisering in 2021.

De laatste tijd is er een toename van interesse en experimenten rond synthetische brandstoffen. Vorig jaar schreef auteur en investeerder Chris Goodall uitvoerig gediscussieerd dat het gebruik van waterelektrolyse om waterstof te maken, dat vervolgens wordt samengevoegd met op koolstof gebaseerde moleculen (zoals CO2) om synthetisch aardgas en vervangingsmiddelen voor benzine en vliegtuigbrandstof te creëren, waarschijnlijk het centrale kenmerk zal zijn van de volgende fase van de wereldwijde decarbonisatie.

Door de CO2 voor het proces uit de lucht te halen in plaats van uit de uitstoot van fossiele brandstoffen, worden synthetische brandstoffen van koolstofarm naar ultra-koolstofarm. (Hier is een witboek over Carbon Engineering uit 2013: Directe luchtafvang als katalysator van brandstoffen met een ultralaag koolstofgehalte .)

Kan Carbon Engineering het laten werken?

Het hangt van een paar dingen af ​​- vooral de waterstof. Het verkrijgen van waterstof uit elektrolyse in plaats van SMR is tegenwoordig duurder, althans tegenwoordig, om de eenvoudige reden dat aardgas doorgaans goedkoper is dan elektriciteit. En Keith vertelde me dat waterstof krijgen 70 procent is van de totale kosten van A2F.

Maar hij en zijn collega's hebben nauwgezet werk verricht aan de dalende kosten van zowel hernieuwbare energie als elektrolyse en ze hebben berekend, vertelde Keith me via e-mail, dat met zonne-energie plus elektrolyse waterstof in 2025 onder de 15 $/GJ kan komen. (Afhankelijk van verschillende veronderstellingen, het is vandaag ergens tussen de $ 20 en $ 25, schat hij.)

Verwant

Dit bedrijf heeft misschien een van de moeilijkste problemen op het gebied van schone energie opgelost

Als die waterstofkosten uitkomen, is de volgende uitdaging concurreren op een markt - met name een markt waarin het koolstofgehalte van brandstof ertoe doet.

Toevallig is er een behoorlijk grote in de buurt: Californië heeft een standaard voor koolstofarme brandstof (LCFS) die vereist dat brandstoffen die in de staat worden verkocht gestaag afnemen in koolstofintensiteit. In de praktijk betekent dit dat bedrijven die fossiele brandstoffen verkopen, koolstofarmere brandstoffen moeten inkopen om deze te compenseren, via een krediethandelssysteem.

zal obamacare eindigen wanneer obama niet op kantoor is?

Op dit moment worden credits onder de LCFS verhandeld voor $ 150 per ton koolstof . Dat is bedoeld als de bron van de initiële financiering van Carbon Engineering, waarmee de inspanningen om op te schalen worden gefinancierd.

Elektriciteit zal waarschijnlijk uiteindelijk het grootste deel van de passagiersvoertuigen van brandstof voorzien in een koolstofarm scenario, maar zelfs in Californië zal het tientallen jaren duren om wagenparken te vervangen, en in de tussentijd is er een markt van miljarden dollars voor koolstofarme vloeibare brandstoffen.

Kan A2F concurreren op die markt?

Friedmann, een student koolstofafvang- en recyclingopties, denkt van wel. Ik geloof dat op DAC gebaseerde synthetische brandstoffen goedkoper en beter zullen blijken te zijn dan biobrandstoffen, vertelde hij me. Naarmate koolstofvrije stroom goedkoper wordt, zal dit meer waar worden.

Carbon Engineering gokt erop. Zelfs met de verwachte brandstofkosten van $ 1 per liter in het begin van de jaren 2020, zal A2F van tevoren nog steeds duurder zijn dan veel biobrandstoffen. Maar het heeft ook een lager koolstofgehalte, wat betekent dat het meer koolstofinkomsten uit de LCFS haalt.

Hier is de schatting van Carbon Engineering van de koolstofintensiteit (gram CO2 per megajoule) van verschillende brandstoffen:

koolstofintensiteit van brandstoffen Koolstoftechniek

Twee belangrijke kanttekeningen bij deze grafiek. Ten eerste, terwijl andere waarden zijn ontleend aan de officiële cijfers van de California Air Resource Board, is de koolstofintensiteit van synthetische brandstof gemaakt met CO2 uit uitlaatgassen van fossiele brandstoffen (het vierde cijfer lager) de eigen schatting van Carbon Engineering, gebaseerd op fysieke stromen. Geoff Holmes van het bedrijf (een co-auteur van de krant met Keith) vertelde me dat hoewel het bedrijf gelooft dat het conceptueel correct is, het bedoeld is om representatief te zijn, niet numeriek nauwkeurig.

En ten tweede vertegenwoordigt het koolstofintensiteitsgetal voor A2F een proces dat grotendeels is geëlektrificeerd, wat het doel van het bedrijf is. Momenteel is voor een deel van de werkwijze (verwarmen van de gloeioven), het maakt gebruik van aardgas. Dat verhoogt de koolstofintensiteit van de brandstof tot ongeveer 30 gCO2/MJ.

Het basispunt van de grafiek is echter duidelijk: A2F heeft de laagste koolstofintensiteit van elke beschikbare vorm van koolstofarme vloeibare brandstof.

Of dat genoeg zal zijn om te concurreren op de Californische markt voor koolstofarme brandstoffen in de jaren 2020 valt nog te bezien. Om te beginnen heeft Carbon Engineering alleen een koper nodig voor de eerste brandstoffen en een contract voor zeer goedkope hernieuwbare energie, en Keith zegt dat het bedrijf beide heeft.

Uiteindelijk wil Climate Engineering niet actief zijn in de grondstoffenhandel. Het wil alleen DAC optimaliseren om te werken voor synthetische brandstoffen - om te laten zien dat A2F kan werken. Op de lange termijn, zegt Holmes, is ons bedrijfsplan om de technologie in licentie te geven.

De langetermijnvisie voor DAC

als Keith ooit verteld Natuur , is luchtvangst vastgelopen in een catfight tussen een groep mensen die zegt dat het een zilveren kogel is en een groep die zegt dat het bullshit is. De waarheid is dat het geen van beide is.

Voorlopig is DAC, in de vorm van A2F, een handig hulpmiddel in de gereedschapskist, een manier om een ​​deel van de uitstoot te helpen voorkomen die zou zijn ontstaan ​​door het verbranden van vloeibare fossiele brandstoffen. En, merkt Friedmann op, aangezien DAC overal kan worden gedaan, is er een potentieel voor gedistribueerde productie van luchtbrandstoffen overal. Elk land zou toegang kunnen hebben tot zijn eigen bron van wat in feite koolstofneutrale olie is. Op een dag zou dat een grote deuk in de geopolitiek kunnen worden.

de A2F-cyclus

De A2F-cyclus.

Koolstoftechniek

Dat is allemaal stevig, zij het bescheiden, goed nieuws.

In de toekomst zou A2F een grotere rol kunnen spelen, namelijk het absorberen van overtollige hernieuwbare energie voor langetermijnopslag, een van de belangrijkste overgebleven stukken van de decarbonisatie puzzel .

Vanuit dit perspectief zijn synthetische brandstoffen slechts een stabiele (stabieler dan welke chemische batterij dan ook) manier om zonne- en windenergie op te slaan - handig, een die gebruik kan maken van bestaande pijpleiding- en distributie-infrastructuur. En A2F is de enige manier om bijna CO2-neutrale synthetische brandstoffen te maken.

De markt voor energieopslag voor de lange termijn zal op den duur erg groot zijn en zal waarschijnlijk, net als de markt voor koolstofarme brandstoffen, in Californië beginnen. Bedrijven die A2F hebben opgeschaald voor de brandstoffenmarkt, bevinden zich in een goede positie om te draaien.

moeten we af van het kiescollege?

En tot slot kan er een dag komen waarop de koolstofprijzen hoog zijn, de emissies richting nul gaan en regeringen serieus geld gaan uitgeven aan negatieve emissies. Die dag is echter niet waarschijnlijk voor ten minste een paar decennia, en in de tussentijd zal DAC waarschijnlijk veel goedkoper worden.

Carbon Engineering heeft voornamelijk kant-en-klare onderdelen en gevestigde industriële processen gebruikt, in de naam om goedkoop op demonstratieschaal te komen. Als de A2F van Climate Engineering kan concurreren op de grote koolstofarme brandstofmarkt van Californië, zal de belofte van winst meer bedrijven naar de A2F-ruimte trekken en zullen ze in de loop van de tijd onderdelen en processen gaan aanpassen en verfijnen, inclusief DAC zelf . Concurrentie zal innovatie brengen.

Tegen 2050, of wanneer we serieus koolstof gaan begraven, zal DAC waarschijnlijk aanzienlijk goedkoper zijn - hoewel sekwestratie zelf een gigantische pijn in de kont zal blijven.

Dus DAC heeft via A2F een plausibel (zij het zeer speculatief) plan voor de korte, middellange en lange termijn: brandstoffen voor transport, dan brandstoffen voor energieopslag en dan koolstof voor opslag.

Natuurlijk weet de hemel alleen welke rol het bedrijf van Keith in dat alles zal spelen, maar DAC zelf is een beetje een Zwitsers zakmes, bruikbaar in vrijwel elk decarbonisatiescenario, dus de technologie lijkt waarschijnlijk een weg vooruit te vinden op de een of andere manier. een ander.

Uiteindelijk is DAC, zoals de meeste technologieën voor schone energie, geen wondermiddel of onzin. Het is gewoon een veelbelovende ontwikkeling in een wereld die alle veelbelovende ontwikkelingen nodig heeft.