Energi är det tveeggade svärdet i roten till klimatkrisen. Billig energi har förbättrat liv och underbyggt massiv ekonomisk tillväxt. Men eftersom det mesta kommer från förbränning av kolvätebränslen, har vi nu ett arv av hög atmosfärisk koldioxid (CO₂ ) och en utsläppsintensiv ekonomi.

Men tänk om vi kunde vända förhållandet mellan energi och utsläpp på huvudet? Vi skulle behöva en teknik som både genererar el och tar bort CO₂ från atmosfären.

Den goda nyheten är att denna teknik redan finns. Vad mer är, Nya Zeeland är perfekt positionerat för att göra denna "dekarbonisering" billigare än någon annanstans på planeten.

Och timingen kunde inte vara bättre, med regeringens första plan för utsläppsminskning (släpptes igår) som kräver djärva projekt och innovativa lösningar.

Vi forskar om hur man bränner skogsavfall för el samtidigt som vi fångar upp utsläppen och fångar dem i geotermiska fält. Eftersom skogar tar bort CO₂ från atmosfären när de växer är denna process negativ för utsläppen.

Detta innebär också att en koldioxidskatt kan omvandlas till en intäkt. Med Nya Zeelands CO₂ priset någonsin på 80 NZD per ton, och utländska företag som tillkännager miljarddollarfonder för att köpa offset, är det nu dags för branschöverskridande samarbete för att göra Nya Zeeland till en världsledare inom avkolning.

Bioenergi med avskiljning och lagring av kol

Konstgjorda kolsänkor är konstruerade system som permanent tar bort CO₂ från atmosfären.

Bioenergi med kolavskiljning och -lagring (BECCS) uppnår detta genom att fånga CO₂ från bränt organiskt material – träd, bioavfall – djupt under jorden. En extra bonus är att den energi som frigörs vid förbränning kan användas som ersättning för kolvätebaserad energi.

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) har sagt att klimatreducerande vägar måste inkludera betydande mängder BECCS för att begränsa den globala uppvärmningen till 1,5 ℃. Tekniken är dock fortfarande ny, med endast ett fåtal fabriker runt om i världen som för närvarande är i stor skala.

Kostnaden är en stor barriär. Nya projekt behöver dyra pipelines för att flytta CO₂ och djupa injektionsbrunnar för att lagra den under jord. Eftersom CO₂ är mer flytande än vatten, finns det också farhågor om att all gas som lagras under jord kan läcka ut med tiden.

Det är här geotermiska fält kan hjälpa till.

Geotermiska system för BECCS

Geotermisk energi är en pålitlig energikälla i Nya Zeeland, som levererar nästan 20 % av vår el. Vi använder djupa brunnar för att tappa in underjordiska reservoarer med varmt vatten, som sedan passerar genom ett nätverk av rör till en ångturbin som genererar elektricitet.

Efteråt pumpas vattnet tillbaka under jorden, vilket förhindrar att reservoaren "torkar ut". Nya Zeelands företag är världsledande på att hantera geotermiska resurser, och vissa experimenterar till och med med att återinjicera de små mängderna CO₂ som kommer upp med det geotermiska vattnet.

Här finns möjligheten. Geotermiska system har redan den infrastruktur som behövs för ett framgångsrikt BECCS-projekt:rörledningar, injektionsbrunnar och turbiner. Vi behöver bara ta reda på hur vi ska kombinera dessa två förnybara tekniker.

Vi föreslår att vi genom att bränna skogsavfall kan överladda det geotermiska vattnet till högre temperaturer och producera ännu mer förnybar kraft. Sedan, CO₂ från biomassan kan förbränningen lösas upp i det geotermiska vattnet – som en sodaström – innan den injiceras tillbaka under jorden.

Projekt på Island och Frankrike har visat att upplösning av CO₂ i geotermiskt vatten är bättre än att injicera det direkt. Det minskar kostnaderna för ny infrastruktur (flytande CO₂ kompression är dyrt) och innebär att återinjektionsbrunnar byggda för normal geotermisk drift kan fortsätta att användas.

Till skillnad från ren CO₂ som är mindre tät än vatten och tenderar att stiga, det återinjicerade kolsyrade vattnet är cirka 2 % tyngre och kommer att sjunka. Så länge som lika mängder geotermiskt vatten produceras och återinjiceras, kommer CO₂ kommer att förbli säkert upplöst, där det långsamt kan förvandlas till stenar och permanent fångas.

Hur ställer sig siffrorna?

Vår första modellering visar att geotermisk BECCS kan ha negativa utsläpp i storleksordningen -200 till -700 gram CO₂ per kilowattimme el (gCO2/kWh). Jämfört med cirka 400 gCO₂/kWh positiva utsläpp från ett naturgaskraftverk är detta en dramatisk vändning av avvägningen mellan energiutsläpp.

Tillämpat på ett geotermiskt system av storleken Wairakei (160 megawatt), skulle ett enda geotermiskt BECCS-system kunna låsa bort en miljon metriska ton CO₂ varje år. Detta motsvarar att ta tvåhundratusen bilar av vägen och, i nuvarande priser, skulle det innebära en nettokompensation för tiotals miljoner dollar i koldioxidutsläpp.

Dessa skulle kunna handlas via systemet för handel med utsläppsrätter för att köpa värdefull tid för industrier som har varit långsamma med att koldioxidutlösa, såsom jordbruk eller cement, för att komma ner till nettonoll.

Ännu bättre, de flesta av Nya Zeelands geotermiska fält ligger nära stora skogar med expansiv skogsverksamhet. Uppskattningar visar att vår generering av skogsavfall uppgår till cirka tre miljoner kubikmeter varje år. Rather than leaving it to rot, this could be turned into a valuable resource for geothermal BECCS and a decarbonizing New Zealand.

We can start doing this now

According to the IPCC it is "2 )%20emissions">now or never" for countries to dramatically decarbonize their economies. Geothermal BECCS is a promising tool but, as with all new technologies, there is a learning curve.

Teething problems have to be worked through as costs are brought down and production is scaled. New Zealand has a chance to get on that curve now. And the whole world will benefit if we do.

The success of geothermal BECCS will turn on new partnerships between New Zealand's geothermal generators, manufacturers and the forestry sector. Forestry owners can help transition wood waste into a valuable resource and drive down gate costs.

Most importantly, geothermal operators can leverage their vast injection well inventories and detailed understanding of the underground to permanently lock up atmospheric carbon.

With the government tightening emissions budgets and investing billions in a Climate Emergency Response Fund, now is the perfect time to make geothermal BECCS work for Aotearoa New Zealand.