Med de globala utsläppen fortsätter oförminskad, klimatförändringarna går i en häpnadsväckande takt. Men ett team av forskare från UC Santa Barbara och RWTH Aachen University i Tyskland har en ny – och ny – destination i åtanke för all koldioxid som sprutar ut i atmosfären:kemiska produkter.

Kemisk produktion släpper ut svindlande mängder växthusgaser via den energi den förbrukar och de kolbaserade råvarorna den använder. Sangwon Suh, en professor vid UC Santa Barbaras Bren School of Environmental Science &Management, och hans forskarkollegor ser en möjlighet att avleda miljarder ton CO2 från skorstenar till den kemiska leveranskedjan, om världen kan skapa tillräckligt med förnybar energi för att göra ansträngningen värd besväret. Deras analys visas i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Enligt teamets resultat, kemisk produktion – en industri som omfattar så olika sektorer som smörjmedel, färger och plast – står för över 3,3 miljarder ton CO2 per år, eller motsvarande i andra växthusgaser. Suh släppte nyligen den första heltäckande redovisningen av koldioxidutsläpp från plast, där han och hans medförfattare upptäckte att plast ensam står för motsvarande 1,8 miljarder ton CO2-utsläpp per år.

"Å ena sidan, denna enorma mängd plast och kemikalier utgör ett problem, " sa Suh, som forskar om industriell ekologi, "eftersom det behövs en enorm mängd energi i produktionen och, när produkterna har använts, en enorm mängd avfall kommer att genereras."

"Å andra sidan, " han fortsatte, "det här är en möjlighet, eftersom dessa råvaror till stor del är kolbaserade. Om vi ​​kan använda koldioxid som kolkälla för dessa plaster och kemikalier, då kan vi fånga upp och lagra en stor mängd CO2 i de plaster och kemikalier som annars skulle ha släppts ut, allt samtidigt som man skapar värde."

Att tillämpa kolavskiljning och utnyttjande (CCU) på den kemiska industrin är en ny idé. Det skulle ge en förnybar källa till kolföreningar och har den extra fördelen att dra ut CO2 ur atmosfären. CCU producerar också en stor mängd rent vatten som en biprodukt, en potentiell välsignelse eftersom vattensäkerhet blir ett större problem. Vad mer, Att använda fångat kol kompenserar en del av kostnaderna för att fånga upp det i första hand, en stor ekonomisk utmaning för ansträngningar för kolbindning.

Men teamet ville veta hur praktiskt det kunde vara. Detta är nytt territorium, så forskarna fick mestadels jobba från grunden. De började testa om CCU gav en betydande möjlighet att minska utsläppen av växthusgaser, och upptäckte att det gjorde det. Tekniken kan eliminera upp till 3,5 miljarder ton CO2, eller motsvarande i andra växthusgaser per år.

Dock, denna process skulle öka industrins totala energibehov främst eftersom den också behöver väte, som vanligtvis produceras av vatten genom elektrolys. Dessa krav skulle behöva mötas med förnybar energi, annars skulle processen släppa ut mer kol än att bara köpa material på traditionellt sätt, via fossila bränslereserver.

Frågan blev då:hur mycket förnybar el behövs för att nå denna 3,5 gigaton tekniska potential?

Svaret:126 till 222 % av världens nuvarande mål för 2030 för förnybar energi. Och dessa mål ser redan mycket ambitiösa ut under nuvarande politik och banor.

"Vi blev förvånade över hur mycket el som behövs för att minska utsläppen av växthusgaser genom CCU, ", påpekade Suh. "Vissa människor kanske tror att de siffror för förnybar energiproduktion som vi testade är orealistiska. Väl, det är poängen."

Tid och ansträngning

Många forskare blev intresserade av CCU – såväl som avskiljning och lagring av koldioxid – eftersom de blev mer oroliga för att olika förslag och strategier för att minska utsläppen av växthusgaser kan komma att misslyckas. LED-lampor och elbilar producerar mindre växthusgaser, men att undvika klimatkatastrofer kräver mer än att bara minska utsläppen, sa Suh.

"Forskare börjar ana att dessa ansträngningar inte kommer att kunna hålla oss till en global medeltemperaturökning på 1,5 till 2 grader Celsius, ", sa han. Det här är de mål som FN har satt upp efter rapporten från Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) för att förhindra klimatkatastrofer. För att hålla sig inom dessa mål krävs att nettoutsläppen minskas till noll till seklets andra hälft. , sa Suh, som fungerade som en samordnande huvudförfattare på en del av panelens rapport 2014.

Detta leder till konceptet med en koldioxidbudget, nämligen en maximal total mängd växthusgaser som människor kan släppa ut och fortfarande hålla uppvärmningen under 2 grader Celsius. Forskare har gjort många uppskattningar av denna budget, men en av de mest inflytelserika ger en siffra på 763 miljarder ton CO2, eller motsvarande i andra gaser. Just nu, vi släpper ut cirka 50 miljarder ton CO2 per år, sa Suh. Det ger inte mycket utrymme att arbeta med, eller mycket tid för att lösa problemet.

"Vi måste dramatiskt minska våra utsläpp av växthusgaser omedelbart, " sa Suh.

Dock, han anser att det också är farligt att ha en alltför rosa syn på potentialen för kolavskiljning. "Vår studie representerar den första globala bedömningen av potentialen som CCU har för koldioxidreduktion, och vi upptäckte att det krävs mycket för CCU att rädda världen, ", sa Suh. Människor kan inte fortsätta som vanligt under antagandet att kolavskiljning för att lösa problemet även om vi missar våra mål.

"Mer än något annat, denna studie visar den enorma omfattningen av förnybar energi som behövs för att CCU ska vara vettigt, " sa Suh. Han misstänker att de som läser studien kommer att avstå från kraven, säger att vi inte kan rikta all den förnybara elen enbart till CCU.

"Jag håller med, sa han. Det är meningen.

Bästa valuta för pengarna

Om vi ​​lade till den enorma mängd förnybar el som beskrivs i studien, det väcker frågan om CCU är den bästa tillämpningen av denna extra kraft. Så teamet jämförde CCU med alternativ som kan visa sig mer effektiva.

Det visar sig att CCU för närvarande inte är den mest effektiva användningen av förnybar el för att minska koldioxidutsläppen. Att investera denna energi i värmepumpar – snarare än att förlita sig på naturgas för uppvärmning – skulle ge den största minskningen av utsläpp per kilowattimme, följt av saker som elektrifiering av transporter och varmvattenberedare. Faktiskt, teamet beräknade att vi skulle kunna investera cirka 5 petawattimmar (5 biljoner kilowattimmar) ytterligare förnybar energi i värmepumpar innan de nådde mättnad. Först efter alla dessa andra, mer effektiv användning av förnybar el är uttömd skulle det då vara meningsfullt att investera grön energi i avskiljning och utnyttjande av koldioxid.

Dock, om extra kapacitet genereras, CCU kan visa sig vara ett värdefullt verktyg för att minska utsläppen av växthus, enligt forskarna. Det stora tonnaget av kolbaserade föreningar som flödar genom den kemiska industrin ger CCU potential att ha en överdimensionerad effekt på att minska utsläppen.

"Vi hittade inte CCU som en räddare av den globala miljön, "Suh sa, "även om det kan ha en viss lokal potential, där det finns ett överskott av förnybar el utan uppenbar användning."

Isåfall, dock, de skrymmande plasterna och kemikalierna som produceras skulle behöva skickas till marknaden, och därmed generera mer utsläpp. Istället, överskottselektriciteten kan gå till att bearbeta data, som är mycket effektivare att sända runt om i världen, sa Suh. Han och hans kollegor undersöker nu vilken roll datacenter och outsourcade datorer kan ha för att minska utsläppen genom att använda tillgängliga energikällor så effektivt som möjligt.