Kan vi bygge kraftverk som faktisk tar karbondioksid ut av luften?
En av de mer ubehagelige, lite diskuterte aspektene ved global oppvarming er at vi har nådd det punktet hvor kraftige kutt i utslipp alene er neppe nok for å unngå store temperaturøkninger.
Klimamodeller foreslår at vi gjør det også må finne ut hvordan vi kan trekke litt karbondioksid tilbake ut av atmosfæren mot slutten av århundret hvis vi ønsker å holde oss under den avtalte oppvarmingsgrensen på 2°C. FNs siste «Emissions Gap»-rapport gir en illustrasjon :
( UNEP Emissions Gap Report 2014 )
Så hvordan blir vi 'karbonnegative'? Dessverre er det ingen som vet sikkert. Vi kunne plantet flere trær, men det er bare så mye land å gå rundt. Vi kunne distribuere gigantiske karbon-sugende vifter, men det ville være utrolig dyrt og sannsynligvis ha begrenset effekt.
Den kanskje mest lovende ideen innebæreren teknologi som heter 'bioenergi med karbonfangst og -binding.' I utgangspunktet høster du planter som absorberer karbondioksid fra atmosfæren, brenner dem for elektrisitet, og fanger deretter CO2 som slippes ut fra disse kraftverkene og begraver den under jorden. Resultatet? Negative utslipp. Til dags dato har imidlertid få mennesker studert denne teknologien - eller dens grenser - i detalj.
Det er det som gjør denne nylige studien i Natur klimaendringer så fascinerende. Forfatterne, ledet av Daniel Sanchez fra University of California–Berkeley, prøvde å modellere i detalj hvor langt vestlige Nord-Amerika faktisk kunne gå med å distribuere karbonnegative biomasseanlegg. Det er reelle grenser: Du kan ikke bare kutte trær med vilje, eller du kan faktisk gjøre klimaendringer verre .
I et optimistisk tilfelle faller kraftutslippene 145 prosent under 1990-nivået innen 2050
De gode nyhetene? Selv et begrenset antall karbon-negative kraftverk kan bidra til å redusere utslippene drastisk, fant de. I et virkelig optimistisk tilfelle - hvis kombinert med mye vind og solenergi - kan det vestlige Nord-Amerika ha et kraftsystem i 2050 med utslipp som er 145 prosent under 1990-nivåene. Det vil si at utslippene ikke bare faller til null. Elektrisitetssystemet ville faktisk fjernes karbondioksid fra luften.
Den nøkterne nyheten er at denne teknologien fortsatt er i sin spede begynnelse, langt fra kommersialisering, og forventes å bli ganske dyr. Og det kan egentlig ikke erstatte andre måter å kutte utslipp på; det er mer et komplement. Men denne modelleringsinnsatsen antyder at teknologien er verdt å forfølge videre.
'Det er alle disse klimamodellene som forteller oss at vi må bli karbonnegative innen 2060 eller så,' sa Sanchez til meg. «Men de sier ikke så mye om hvordan man kommer seg dit – hvilke kraftverk bygger du? Hvor bygger du dem? Hvordan gjør du det bærekraftig? Det var det vi prøvde å gjøre her.'
Hvordan bygge et karbon-negativt kraftverk
Et bilde tatt 24. januar 2013 viser et biomasseanlegg ved UEM termiske kraftverk ('Usine d'Electricité de Metz' på fransk) i Metz, Øst-Frankrike. (Jean-Christophe Verhaegen/AFP/Getty Images)
Det grunnleggende konseptet med et 'bioenergi med karbonfangst og -binding' (BECCS) kraftverk er ganske enkelt.
Start med denne ideen: Trær og avlinger trekker karbondioksid ut av atmosfæren mens de vokser. Hvis vi tar disse plantene og brenner dem som drivstoff, frigjøres CO2 tilbake til atmosfæren. Hvis vi derimot erstatter de brente plantene med nye planter som også suger opp CO2, er det hele karbonnøytralt i teorien. (Ja, det er forbehold her, vi kommer til dem snart.)
La oss nå gå et skritt videre: Si at vi tok disse plantene og brente dem for å generere elektrisitet. Men så fanget vi opp all CO2 som kom ut av røykstabelen til kraftverket vårt og gravde det ned under jorden, permanent. Og vi erstattet de brente plantene fullstendig med nye planter. På nettet fjerner vi faktisk CO2 fra atmosfæren.
(Sanchez et al. 2015)
Legg merke til at dette er veldig likt konseptet med bruk karbonfangst og -lagring for for eksempel kull eller naturgass. Bortsett fra CCS for kull eller gass kan bare være karbonnøytralt i beste fall. CCS for plantemateriale kan faktisk være karbon-negativ.
Det er mange forskjellige måter å designe et BECCS-anlegg på. Vi kan bruke trær, avlinger eller rester av avling. Det er også en rekke metoder for fangst av CO2-utslipp fra et kraftverk. Vi kunne skrubbe CO2 ut av røykgassen som kommer opp i røykstablene. Eller vi kan forgasse drivstoffet vårt før det brennes og fjerne CO2 kjemisk.
Til slutt, vi må finne en underjordisk saltvannsakvifer eller utarmet oljefelt som kan holde på CO2 permanent.
Det er vanskelig å designe en bærekraftig karbon-negativ plante
En haug med ryddet underskog og små grener til drivstoff for biomassekraftverk. (Foto av Universal Images Group via Getty Images)
Et av de store problemene med å prøve å bruke biomasse som en ren energikilde, er imidlertid at det kan være vanskelig å gjøre bærekraftig. Det er et av de store spørsmålene Sanchez studie forsøkte å finne ut.
Si at vi for eksempel hogger ned en skog full av eldre trær og brenner dem for energi. Vi planter deretter en haug med frøplanter for å erstatte dem. Det er ikke helt karbonnøytralt: de nye trærne er mindre enn trærne vi hugger ned, så de absorberer mindre CO2, i det minste de første tiårene. Vi har nettopp forverret den globale oppvarmingen. Dårlige nyheter.
Eller la oss si at vi vil bruke planterester - grener som har falt ned på skogbunnen, eller maiskolber og stilker som er igjen på gårder i Iowa. Det er sikkert alle ubrukelige ting som uansett ville ha forfalt og frigjort CO2, ikke sant? Vel, kanskje ikke. Noen av restene kan ha hjulpet jord til å absorbere mer karbon. Så vi må være forsiktige. (De fleste forskning tyder på at bare en brøkdel av restene kan høstes bærekraftig.)
I deres Natur klimaendringer papir, var Sanchez og hans medforfattere nøye med å ta hensyn til forskning på bærekraftig praksis. Og det satte virkelige grenser for ting. De fant at det bare var nok bærekraftig biomasse i det vestlige USA til å gi omtrent 1,9 × 10^9 MMBtu energi innen 2050.
For å sette det i perspektiv, er det bare nok til å dekke rundt 7 til 9 prosent av anslått strømbehov i det vestlige Nord-Amerika innen 2050. Ikke et tonn. Den gode nyheten er imidlertid at selv et lite antall planter kan utgjøre en stor forskjell.
Selv noen få karbonnegative planter kan redusere utslippene radikalt
For øyeblikket har California et mål om å kutte utslippene til 80 prosent under 1990-nivået innen 2050 . Politikere håper å gjøre det med en blanding av sol-, vind-, vann-, kjernekraft- og energilagring, pluss kanskje gassanlegg som fanger opp og begraver utslippene deres.
I Natur klimaendringer papir, fant Sanchez at det vestlige USA kunne gå mye, mye lenger enn det ved å bare legge til noen få karbonnegative biomasseanlegg til blandingen. I det mest optimistiske tilfellet kan kraftverksutslippene falle 145 prosent under 1990-nivåene innen 2050:
Alt avhenger av hvilke andre energikilder som brukes. Så, for eksempel, hvis vest fortsatt brukte mange naturgassanlegg i 2050, kunne det bygge noen få karbonnegative biomasseanlegg og få 86 prosent reduksjon i utslipp, sammenlignet med 1990-nivåene.
På den annen side, hvis regionen var avhengig av karbonfrie fornybare energikilder som vind og sol, kan det å kaste disse karbonnegative plantene i blandingen føre til et punkt der kraftsektoren totalt sett tar ut mer CO2 av atmosfæren enn den setter inn igjen.
Så hva hindrer oss i å bygge karbonnegative planter?
En ulempe her er at alt dette er dyrt - forfatterne anslår at BECCS-anlegg først ville begynne å bli økonomisk konkurransedyktige i det vestlige USA hvis vi priset karbondioksid til rundt $74 per tonn. Mer drastiske utslippskutt vil kreve enda høyere kostnader.
For å sette det i perspektiv, er det en del dyrere enn kostnadene ved å gjenplante flere skoger (mellom $5 og $40 per tonn CO2). Men det er betydelig billigere enn estimater for hva det vil ta for å filtrere karbondioksid direkte ut av luften (hele $1000 per tonn). Det er fordi det er mye lettere å filtrere karbondioksid ut av for eksempel en røykstabel, der det er konsentrert, enn det er å ta det ut av luften - etter at det har diffundert ut i atmosfæren.
Det er også teknologiske hindringer for all karbonfangst- og lagringsteknologi. Akkurat nå er det bare ett kraftverk i Nord-Amerika som faktisk fanger opp sitt eget karbondioksid og begraver det under jorden – Boundary Dam Carbon Capture Project i Saskatchewan, som åpnet i 2014. (En annen kull CCS demonstrasjonsanlegg i Kemper, Mississippi, har møtt forsinkelser og overskridelser, koster nå 6,2 milliarder dollar, har vært avhengig av støtte fra føderal regjering, og vil ikke åpne før midten av 2016 tidligst.)
Denne teknologien er fortsatt veldig i sine tidlige stadier, med mye av kostnadene ved å finne ut hvordan man best kan skille ut karbondioksidet for å begrave det. Og bortsett fra Kina, mange regjeringer i økende grad viker unna fra ytterligere FoU, skremt av de høye kostnadene.
«Det neste trinnet er å takle det kommersialiseringsspørsmålet,» sier Sanchez. «Akkurat nå har vi ikke distribusjon i kommersiell skala. Så hvordan kan vi begynne å bygge anlegg i kommersiell skala? Hvilken FoU trenger vi for bedre biomasseforgassere?
Det er også spørsmål om hva som skjer med karbondioksidet når vi pumper det inn i gamle saltholdige akviferer eller uttømte olje- og gassfelt. I teorien burde den bli der permanent. Men vi må være sikre. Sanchez bemerker at selv svært små lekkasjerater vil øke veldig raskt og ville gjøre karbonfordelene sløve.
Likevel, bemerker han, er det en teknologi som er vel verdt å undersøke - spesielt siden den trekker karbondioksid ut av atmosfæren ser stadig viktigere ut å stoppe drastisk global oppvarming.
Videre lesning
-- TIL pressemelding fra UC Berkeley på Sanchez's Natur klimaendringer papir.
- Hvordan stoppe global oppvarming, i 7 trinn (Det er mer diskusjon her om behovet for negative utslipp.)
-- Er Kina det siste håpet for karbonfangstteknologi?
