Att begränsa den globala uppvärmningen till 2 grader Celsius kräver inte bara minskning av utsläppen av koldioxid, men också aktivt avlägsnande av koldioxid från atmosfären. Denna slutsats från den mellanstatliga panelen för klimatförändringar har föranlett ett ökat intresse för "negativa utsläppstekniker."

En ny studie publicerad 25 juni i Naturens klimatförändringar utvärderar potentialen för nyligen beskrivna metoder som fångar upp koldioxid från atmosfären genom en "elektrogeokemisk" process som även genererar vätgas för användning som bränsle och skapar biprodukter som kan bidra till att motverka havsförsurning.

Första författaren Greg Rau, en forskare vid Institute of Marine Sciences vid UC Santa Cruz och gästforskare vid Lawrence Livermore National Laboratory, sade denna teknik avsevärt utökar alternativen för negativa utsläpp energiproduktion.

Processen använder elektricitet från en förnybar energikälla för elektrolys av saltvatten för att generera väte och syre, kombinerat med reaktioner som involverar globalt rikliga mineraler för att producera en lösning som starkt absorberar och håller kvar koldioxid från atmosfären. Rau och andra forskare har utvecklat flera relaterade metoder, som alla involverar elektrokemi, saltvatten, och karbonat- eller silikatmineraler.

"Det minskar inte bara atmosfärens koldioxid, det tillför också alkalinitet till havet, så det är en tvådelad fördel, ", sa Rau. "Processen omvandlar helt enkelt koldioxid till ett löst mineral bikarbonat, som redan finns rikligt i havet och hjälper till att motverka försurning."

Den negativa utsläppsstrategin som har fått mest uppmärksamhet hittills är känd som "biomass energy plus carbon capture and storage" (BECCS). Detta innebär att odla träd eller andra bioenergigrödor (som absorberar koldioxid när de växer), förbränning av biomassa som bränsle för kraftverk, fånga upp utsläppen, och begrava den koncentrerade koldioxiden under jorden.

"BECCS är dyrt och energiskt dyrt. Vi tror att denna elektrokemiska process för vätegenerering ger ett mer effektivt och högre kapacitetssätt att generera energi med negativa utsläpp, " sa Rau.

Han och hans medförfattare uppskattade att elektrogeokemiska metoder kunde, i genomsnitt, öka energiproduktionen och kolavskiljningen med mer än 50 gånger jämfört med BECCS, till motsvarande eller lägre kostnad. Han erkände att BECCS är längre fram när det gäller implementering, med några biomassaenergianläggningar som redan är i drift. Också, BECCS producerar elektricitet snarare än mindre använt väte.

"Frågorna är hur man ska tillföra tillräckligt med biomassa och kostnaden och risken förknippad med att lägga koncentrerad koldioxid i marken och hoppas att den stannar där, " sa Rau.

De elektrogeokemiska metoderna har visats i laboratoriet, men mer forskning behövs för att skala upp dem. Tekniken skulle troligen vara begränsad till platser vid kusten eller till havs med tillgång till saltvatten, rikligt med förnybar energi, och mineraler. Medförfattare Heather Willauer vid U.S. Naval Research Laboratory leder det mest avancerade projektet av denna typ, en elektrolytisk-katjonbytesmodul designad för att producera väte och ta bort koldioxid genom elektrolys av havsvatten. Istället för att sedan kombinera koldioxid och väte för att göra kolvätebränslen (marinens främsta intresse), processen kan modifieras för att omvandla och lagra koldioxiden som havsbikarbonat, på så sätt uppnå negativa utsläpp.

"Det är tidiga dagar inom teknik för negativa utsläpp, och vi måste ha ett öppet sinne om vilka alternativ som kan dyka upp, ", sa Rau. "Vi behöver också politik som kommer att främja framväxten av dessa teknologier."