Peter Kelemen är geolog och Arthur D. Storke Memorial Professor vid Lamont-Doherty Earth Observatory. En medlem av National Academy of Sciences (NAS) och expert på kolsyresättning av sten från jordens mantel, Kelemen skrev ett kapitel om kolmineralisering för en ny NAS-rapport, Negativa utsläppstekniker och tillförlitlig lagring:En forskningsagenda. Rapporten beställdes av USA:s regering för att vägleda dess tilldelning av medel och förfrågningar om ytterligare resurser från kongressen.

Rapporten undersöker strategier för att dra ut koldioxid från atmosfären, förklarar deras begränsningar och potential, och rekommenderar den forskning som behövs för att övervinna deras begränsningar och göra dem genomförbara i stor skala. Att förstå fördelarna och nackdelarna med varje strategi och bestämma hur man bäst kan utveckla de mest kostnadseffektiva och lovande teknikerna är avgörande.

En annan färsk rapport från den mellanstatliga panelen för klimatförändringar fastslog att vi inte kan begränsa den globala temperaturökningen till 1,5˚C, med målet att förhindra stora miljöförändringar, utan att ta bort koldioxid från atmosfären. NAS-rapporten tittade på sex strategier för att ta bort CO ₂ från luften:

• Kustblått kol innebär sätt att hjälpa kustnära växter och sediment, och våtmarker ökar deras kolupptag.
• Terrestra kolavlägsnande och bindning innebär att man sköter skog och jordbruksmark så att marken kan lagra mer kol.
• Bioenergi med kolavskiljning och -bindning (BECCS) skulle odla grödor, som tar upp kol när de växer, använda dem för att producera el eller värme i ett kraftverk, fånga och beslagta CO ₂ kraftverket producerar.
• Direkt luftavskiljning suger CO ₂ ur luften och lagrar den under jord.
• Kolmineralisering utnyttjar en naturlig process där reaktiva bergarter binder kemiskt till CO ₂ för att bilda fasta karbonatmineraler som kalksten som kan lagra CO ₂ i miljoner år.
• Geologisk sekvestrering injicerar infångad CO ₂ under jord där den kan förvaras i porrummen.

Kelemens arbete fokuserar på kolmineralisering; han är en ledande förespråkare för Oman Drilling Project, ett initiativ som involverar mer än 150 internationella forskare från discipliner som geofysik, geokemi, geologi, biologi, och fysik som arbetar med forskningsämnen relaterade till ett unikt geologiskt särdrag i Omanöknen. I denna region, oceanskorpan och stenarna under manteln har skjutits upp på ytan, skapar den största exponeringen av havsskorpan och övre manteln någonstans på land.

Kelemen är intresserad av att förstå den naturliga processen för kolmineralisering som sker i denna funktion. Hans mål är att kunna efterlikna processen och påskynda den genom ett konstgjort system som kommer att ta bort stora mängder CO ₂ från luften.

"När regnet faller på dessa mantelklippor, det löser upp magnesium från stenarna och det suger CO ₂ från luften, och gör en mycket magnesiumbikarbonatrik vätska, ", sade Kelemen. "Det går under jorden och fäller ut nästan allt kol i fasta karbonatmineraler. Längs den reaktionsvägen, det löser också upp kalcium och när det kalciumrika vattnet kommer tillbaka till ytan, det finns inget kol i det men det tar CO ₂ direkt ur luften för att bilda fast kalciumkarbonat."

Om denna typ av kolmineraliseringssystem kan replikeras, det skulle ha potential att lagra tiotals miljarder ton koldioxid ₂ varje år, och är ett av de enda alternativen som skulle kunna göra det i denna skala. Men tekniken kan ha negativa effekter:brytning eller exponering av mineraler kan förorena vattenresurser och utlösa jordbävningar och processen är fortfarande relativt dyr per ton kol.

Ändå, arbetet i Oman gör det möjligt för forskare som Kelemen att studera det naturliga upptaget av CO ₂ genom klippornas vittring. Forskarna samlar in centrala data om hur vatten rinner genom stenarna, deras permeabilitet och porositet, och hur det påverkar flödeshastigheten, vilket kommer att vara avgörande för att designa ett konstruerat system.

NAS-rapporten rekommenderar att USA lanserar ett forskningsinitiativ för att utveckla teknik för avlägsnande av koldioxid så snart som möjligt. Det föreslår de mer naturalistiska och befintliga strategierna - kustnära blått kol, skogsvård och skogsplantering, och öka markens koldioxidutsläpp – skalas upp och deras kostnader sänkas, och ny teknik som direkt luftavskiljning och kolmineralisering utforskas ytterligare. Att investera i denna forskning kommer inte bara att bidra till att begränsa klimatförändringens effekter, det skulle också tillåta USA att leda vägen i banbrytande ny teknik och kontrollera den tillhörande immateriella egendomen.

"Det finns massor av saker som kan fungera [för att ta bort koldioxid från luften] och de har alla en viss osäkerhet förknippad med dem och ett visst mått av löfte, " sa Kelemen. "Så du vill ha massor av möjligheter som undersöks parallellt för att sålla bort vad den optimala 10 eller så kan visa sig vara."

Kelemen sa när han anlände till Columbia 2004, han var imponerad av mängden expertis relaterad till koldioxidavlägsnande och mineralisering. Några av dessa forskare ingick i ett internationellt konsortium som grundade CarbFix-projektet 2006, som injicerar CO ₂ till basalt under Islands kraftverk Hellishheidi, världens största geotermiska anläggning. CarbFix injicerar nu 12, 000 ton CO ₂ i marken varje år till en kostnad av 30 USD per ton.

Förutom Kelemen, ett antal forskare från Columbia University ligger fortfarande i framkant av forskningen om storskaligt avlägsnande av koldioxid ₂ från atmosfären.

David Goldberg, en geofysiker och Lamont forskningsprofessor vid Lamont-Doherty, undersöker möjligheten att lagra 50 miljoner ton eller mer koldioxid ₂ i basaltreservoarer i Pacific Northwest. Dessa basaltreservoarer innehåller porutrymmen som potentiellt kan fyllas upp som CO ₂ mineraliseras till karbonatkalksten på två år eller mindre.

Alissa Park, Lenfest juniorprofessor i tillämpad klimatvetenskap och tillfällig chef för Lenfest Center for Sustainable Energy, arbetar med ex-situ kolmineralisering. Detta involverar transport av reaktantmaterial till ett kraftverk eller labb, mala upp dem, blanda dem med CO ₂ , och sedan placera dem i en reaktor. Eftersom detta är en dyr process, Park undersöker att minska kostnaderna genom att tillverka produkter som kan säljas. Hon studerar tillsatser för betong som kan lagra CO ₂ och syntetisera kolvätena från fångad CO ₂ att tillverka bränslen, användbara kemikalier, eller läkemedel.

Julio Friedmann, en tjänsteman vid Department of Energy under Obama och en expert på koldioxidhantering och CO ₂ avlägsnande, är senior forskare vid Columbia Center on Global Energy Policy. Han arbetar för att attrahera investerare och förbättra finansieringen för projekt som fångar och använder CO ₂ .

Kelemen säger att denna mångfald av tekniker och tillvägagångssätt kommer att behövas för att hålla den globala temperaturökningen under 1,5 °C.

"Om vi ​​ska ha något hopp om att nå Parismålen, ytterligare typer av avlägsnande av koldioxid från luft kommer att vara nödvändiga, " sa Kelemen. "Vi borde göra oss redo för möjligheten att de kommer att hända."

Den här historien är återpublicerad med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.