Att stabilisera globala temperaturer kommer att kräva djupa minskningar av koldioxid (CO ₂ ) utsläpp över hela världen. Nyligen genomförda integrerade bedömningar av globala klimatförändringar visar att CO ₂ utsläppen måste närma sig nettonoll i mitten av seklet för att undvika att överskrida klimatmålet på 1,5°C. Dock, "begärda utsläpp, "de utsläpp som beräknas från befintlig infrastruktur för fossila bränslen som fungerar som de har gjort historiskt, redan hotar det där 1,5°C-målet. Med den genomsnittliga livslängden för en kolanläggning är över 40 år, föreslagna eller underbyggda kraftverk ökar bara den bördan, ytterligare öka utmaningen att uppnå nettonollutsläpp till 2050.

Den djupa avkolning som krävs för nettonollutsläpp kommer att kräva att befintlig och föreslagen infrastruktur för fossil energi följer en av två vägar:antingen förtidspensionering eller fånga och lagra sina utsläpp, förhindrar därmed att de släpps ut i atmosfären. Koldioxidavskiljning och -lagring (CCS), representerar den enda större livskraftiga vägen för fossilbränsleanläggningar att vara netto-noll, kortare än att slutas.

I en Viewpoint-artikel som nyligen publicerades i Miljövetenskap och teknik , Haibo Zhai beskriver hur USA och Kina, världens två största utsläppare, bör ta itu med sina åtagna utsläpp. "I båda länderna, CCS-renovering av befintlig infrastruktur är avgörande för att minska utsläppen till noll, sa Zhai, en associerad forskningsprofessor i teknik och offentlig politik vid Carnegie Mellon University. Dock, Skillnader i kraftverksflottan och energimixen i de två länderna pekar på separata vägar för att uppnå djup avkolning.

I USA., energilandskapet har förändrats dramatiskt under de senaste två decennierna. Kol var den dominerande källan till el (51 % av den totala elproduktionen år 2000) under större delen av 1900-talet, men har nyligen undanträngts av billig och riklig naturgas samt tillväxt av förnybar energi. Kol stod för bara 27 % av USA:s kraftproduktion 2019. Kolets nedgång förväntas fortsätta till förmån för billigare alternativ, på grund av USA:s relativt gamla (40 år) och ineffektiva (32 % effektivitet) flotta av koleldade anläggningar.

Zhai ser inte CCS-efterbyggnader till amerikanska kolanläggningar som en flotta-omfattande strategi för avkarbonisering, även om det finns potential för partiell fångst vid de mest effektiva anläggningarna. Utvecklingen av CCS bör istället fokuseras på ombyggnad av naturgasanläggningar med kombinerad cykel. "Naturgas har hjälpt till att minska kolintensiteten i den amerikanska kraftsektorn, men denna våg av nya gasanläggningar representerar fortfarande en betydande mängd utsläpp, " sa Zhai.

Kina är motsatsen till USA när det gäller sin energimix och sin fossila energiinfrastruktur. Kol levererar nästan 65% av landets el. Koleldade anläggningar i Kina har en medianålder på endast 12 år och mycket högre effektivitet (ofta högre än 40%) jämfört med USA. "En sådan ung flotta kommer sannolikt inte att fasas ut någon gång snart, ", sa Zhai. "Alla vägar för Kina att uppnå djup avkolning måste inkludera CCS-uppgraderingar till sina nyligen byggda kolanläggningar."

Trots nödvändigheten av CCS, Tekniken har inte bevisats i stor skala och är fortfarande mycket kostsam. Endast två CCS-projekt i kommersiell skala finns för närvarande i världen:Petra Nova i USA och Boundary Dam i Kanada. Nuvarande CCS-teknologier har höga energi- och kapitalkostnader förknippade med att separera CO ₂ ur processavfallsströmmar.

CCS, enligt Zhai, sitter för närvarande på den branta delen av "inlärningskurvan". Med vilken teknik som helst är första i sitt slag alltid dyra implementeringar. Dock, branschomfattande lärande – genom teknisk utveckling som förbättrade separationsmaterial och processer, expansion av försörjningskedjan, och ökad operativ effektivitet – gör senare installationer billigare. Att röra sig nedåt i inlärningskurvan representerar ett slags kyckling- och äggdilemma för CCS:att spridas brett, det måste vara billigt. Och för att CCS ska vara billig, den måste ha utplacerats.

Därför, det finns ett starkt skäl till att regeringar bör uppmuntra tidigt införande av CCS genom reglering, ekonomisk, och policymedel, hävdar Zhai. Han pekar på fallstudier av andra koldioxidsnåla teknologier, som solcellspaneler, som har blivit kostnadskonkurrenskraftiga efter att incitament har bidragit till att sänka höga initiala kostnader. Eftersom tidig implementering krävs för att göra framtida driftsättning ekonomisk, det är dags att agera nu, han säger.

"Om du accepterar premissen att begångna utsläpp är ett problem, det finns inget annat val än CCS, ", sade han. "Och det krävs incitament för att kickstarta utbyggnaden av CCS i den skala som behövs för att ta itu med problemet."

I USA., Zhai pekar på incitament för att eftermontera naturgaseldade anläggningar med CCS, förväntar sig att marknadskrafterna ska ta itu med de åtagandena utsläppen från koleldade anläggningar, allt eftersom den åldrande kolflottan fortsätter att fasas ut. Zhais artikel pekar på en skattelättnad för kolbindning i USA som en viktig politisk hävstång för att stimulera dessa CCS-ansträngningar.

I Kina, å andra sidan, Utveckling av CCS för ombyggnad av kolanläggningar bör vara huvudfokus. Där, Zhai noterar att det nationella systemet för handel med utsläppsrätter, där utsläpparna kan köpa eller sälja CO ₂ utsläppskrediter, kommer att vara den viktigaste politiska hävstången som kan stimulera utvecklingen av begränsningstekniker. I båda fallen, de nuvarande höga kostnaderna för CCS pekar på regeringens politik som ett nyckelsteg för att övervinna de dyra inledande faserna av utbyggnaden.

Stora bifördelar med att stimulera CCS-utveckling för befintlig infrastruktur för fossila bränslen är den roll CCS sannolikt kommer att spela i vissa negativa utsläppstekniker (NET) och ett minskat beroende av dyra NET i framtiden. Bioenergi med CCS (BECCS), till exempel, beskrivs som det mest framträdande NET-alternativet. Dock, ett nyckelundersystem för alla BECCS är CCS. Utvecklar CCS nu, hävdar Zhai, innebär att BECCS kommer att vara redo att hjälpa till att hantera globala klimatförändringar i framtiden.