Erkänt av det vetenskapliga samfundet som den främsta orsaken till global uppvärmning, CO ₂ nivåerna i atmosfären fortsätter att stiga, som bekräftas av rapporten från november 2019 från Världsmeteorologiska organisationen.

Den främsta orsaken till denna ökning är mänskligt inducerad industriell och ekonomisk aktivitet, släpper ut cirka 35 miljarder ton (35 Gt) CO ₂ per år över hela världen, till vilket vi måste lägga effekterna av avskogning och urbanisering av mark (6 Gt per år).

Vegetation och hav spelar sin roll som naturliga sänkor genom att absorbera mer än hälften av dessa mängder, men överskottet fortsätter att ackumuleras i atmosfären år efter år och orsakar en obeveklig ökning av CO ₂ nivåer.

Geologisk lagring av CO₂

Den självklara och obligatoriska lösningen är att sänka vår CO ₂ utsläpp. Detta innebär en drastisk minskning av vår användning av fossila bränslen (olja, gas, kol), parallellt med utvecklingen av alternativa energikällor och vektorer (solceller, vind, geotermisk, biomassa, vattenkraft, väte, etc.).

Dock, denna förändring kommer inte att ske över en natt och kräver åtföljande åtgärder, varav en är att fånga upp atmosfärisk CO ₂ och förvara den djupt under jorden, varifrån kolet ursprungligen kom. Denna teknik är känd som CO ₂ fånga och lagra (CCS).

CCS består i att fånga upp CO ₂ som ingår i rökgas från industrianläggningar, sedan injicera det djupt under jorden (1, 000 meter eller mer) via en dedikerad brunn. Den gasformiga CO ₂ komprimeras före injektion till ett tätare tillstånd (men fortfarande lättare än vatten), vilket möjliggör injektion i stora mängder. Lagringsplatsen är noggrant utvald så att CO ₂ förblir permanent instängd och består vanligtvis av en porös reservoarsten med utrymmen mellan kornen (porerna) som innehåller saltvatten (ej drickbart). Den överlagras av en ogenomtränglig kappberg som förhindrar varje stigning mot ytan av CO -delen ₂ inte fastna i bergets porer eller löst i saltvattnet.

CCS-tekniken är beprövad och redo att användas i stor skala. Hittills, 19 storskaliga CCS-anläggningar är verksamma runt om i världen, förhindra utsläpp av cirka 40 miljoner ton (40 Mt) koldioxid ₂ per år. Ändå, CCS visar sig vara för långsamt för att komma igång på den nivå som krävs för att uppfylla globala utsläppsminskningsmål, och detta trots över 40 års operativ erfarenhet och det alarmerande faktum att klimatmodelleringsexperter räknar med att CCS bidrar med 14 procent till det övergripande klimatlösningspaketet (OECD/IEA ETP 2017, sid. 31). Kostnaden för driften och den relativt tunga infrastrukturen att installera förklarar delvis denna situation, samt brist på politiskt stöd, men vi måste hitta sätt att lösa detta dödläge.

BRGM har varit involverat i flera forskningsprojekt om CCS under de senaste 25 åren. Sedan 2013 har dock BRGM och dess partners har arbetat på ett nytt CCS-alternativ som är enklare att implementera, billigare och lämpar sig för nedskalning så att den kan appliceras lokalt för att minska CO ₂ utsläpp från "små" industrianläggningar.

Att ta fram en lösning för "små" industriella förorenare

För att uppfylla Parisavtalets mål, vi behöver hela spektrumet av utsläppsminskande åtgärder, och detta oavsett skala. I Frankrike, CO ₂ utsläpp idag representerar något mindre än 1 procent av de globala utsläppen (dvs. 2 -utsläpp"> 338 Mt CO₂ per år), fördelat på 31 procent för industrin, energitransformation och avfall (de källor som kan hanteras av CCS), 31 procent för transport, 19 procent för jordbruk och 19 procent för bostäder.

Dock, nästan 84 procent av de franska industriutsläppen är "små, "dvs släpper ut mindre än 150, 000 ton (150 kt) CO ₂ per år, genomsnittet är 38 kt CO ₂ per år. Ändå, när allt lagts ihop, dessa små eller mycket små utsläpp väger sammanlagt nästan 32 Mt CO ₂ per år, vilket inte är något att rycka på.

Dock, dessa platser är utspridda över hela landet, göra den konventionella CCS-lösningen otillgänglig för dem; Det är omöjligt att samla flera små och dyra fångningsenheter för att transportera betydande mängder CO ₂ till en enda och nödvändigtvis avlägsen lagringsplats. CCS, som den är utplacerad i världen idag, lagrar mängder i storleksordningen en miljon ton CO ₂ per år och per plats, vilket är minst 25 gånger mer än de genomsnittliga utsläppen från små installationer som i Frankrike.

CO₂-lagring kombinerat med uppvärmning:en felande länk

Den CO₂-upplösta lösningen, utvecklad av BRGM, föreslår ett nytt tillvägagångssätt för CCS som är perfekt anpassat till dessa små industriutsläpp. En huvudskillnad är att CO ₂ lagras helt upplöst i saltvattnet i en djup akvifer, i motsats till den konventionella metoden där CO ₂ komprimeras till ett tätt tillstånd.

Att göra detta, vatten pumpas från den djupa behållaren via en produktionsbrunn innan det återinsprutas under jorden via en andra injektionsbrunn, efter upplösning av CO ₂ fångades vid industrianläggningen. Tillsammans utgör dessa två brunnar vad som kallas en "dubbel, " identisk med de dubbletter som används vid djup geotermisk exploatering. Denna likhet mellan infrastruktur gör det möjligt att samtidigt utvinna värmen som finns i vattnet som pumpas från reservoaren.

Denna synergi under ytan – lagrar CO ₂ och utvinning av värme - förbättrar ekonomin i CO ₂ -Upplöst drift jämfört med konventionell CCS, förutsatt att den återvunna energin kan utnyttjas lokalt. Leverera ett värmenät till byggnader, oavsett om det är kollektivt eller individuellt boende, service- eller företagsbyggnader, är ett bra exempel på att använda den värme som produceras. På det här sättet, vi skulle kunna lagra industriell CO ₂ när vi värmer upp våra hem, och allt tack vare en nästan kolfri energikälla som ersätter mer konventionella och mindre miljövänliga uppvärmningsformer (uppvärmning står för nästan 20 procent av CO ₂ utsläpp i Frankrike).

Hur CO₂-Dissolved fungerar

Kompaniet ₂ -Löst koncept uppstod ursprungligen på grund av de fördelar det erbjuder för att hantera en lagringsplats. Verkligen, med den konventionella CCS-metoden, ökningen av behållartrycket som orsakas av den massiva injektionen av CO ₂ kräver kontinuerlig övervakning av platsen för att säkerställa att den inte överskrider vissa gränser. Kompaniet ₂ -Upplöst tillvägagångssätt undviker all tryckökning genom att extrahera och återinjicera samma mängd vatten från/in i reservoaren.

Liknande, med injektion i behållaren för CO ₂ i ett upplöst snarare än gasformigt tillstånd, vi undviker alla tendenser hos CO ₂ att stiga naturligt, och därför eventuell risk för läckage av CO ₂ mot ytan och förorening av grunda akviferer som används för dricksvattenförsörjning. Vattnet som innehåller löst CO ₂ är i själva verket något tätare än reservoarvattnet och tenderar att sjunka till botten av reservoaren. Detta minskar i sin tur behovet av rigorös kontroll av potentiella föredragna utrymningsvägar, nämligen brunnarna och det ogenomträngliga bergtäcket.

Ytterligare en fördel, jämfört med konventionell CCS, ligger i den förenklade infrastrukturen och dess lämplighet för lokal tillämpning, på så sätt undviks behovet av att bygga rörledningsnät för att transportera CO ₂ från de emitterande industriplatserna till lagringsplatsen.

Fallstudie:verklig potential i Frankrike

För att CO ₂ -Upplöst teknologi som ska appliceras på en anläggning, två grundläggande villkor måste vara uppfyllda.

För det första, Underytan under industrianläggningen måste ha nödvändiga hydrogeologiska och termiska egenskaper för att möjliggöra geotermisk exploatering. vanligtvis, pump-/insprutningsflöden i storleksordningen 200 till 350 m ³ /h och vattentemperatur mellan 40 och 90 ° C.

För det andra, löslighetsgränsen för löst CO ₂ koncentration (i storleksordningen 50 kg CO ₂ /m ³ vatten) får inte överskridas, för att säkerställa att CO ₂ förblir lagrad i helt upplöst form (dvs utan gasbubblor). Dessa tekniska begränsningar innebär att mängden CO ₂ injiceras måste hållas under 10 till 17 ton per timme, med vattenflödeshastigheter som de som nämns ovan, vilket motsvarar en maximal lagringskapacitet på ca 150 kt CO ₂ per år. Detta förklarar varför denna teknik är anpassad till små utsläppare, som nämnts ovan, och erbjuder därmed en koldioxidsnål utsikt till en industrisektor som för närvarande har få eller inga andra alternativ.

För att bättre förstå potentialen att använda CO ₂ -Upplöst teknologi över hela Frankrike, industriområden med låg koldioxidutsläpp ₂ utsläpp (mindre än 150 kt per år) kartlades och överlagrades med zoner av djupa reservoarer med geotermisk potential (i blått, se karta). Bland dessa platser, spridda över hela Frankrike, 437 är belägna i de blå zonerna och är därför potentiellt kompatibla med CO ₂ -Upplöst tillvägagångssätt. Tillsammans avger dessa platser cirka 17 Mt CO ₂ årligen, vilket är mer än 12 procent av de franska industriutsläppen. Små åtgärder när de sammanfogas kan ge betydande resultat.

Inte bara skulle lagringen av dessa utsläpp avsevärt förbättra koldioxidavtrycket för dessa industrier, men den extra fördelen med att använda geotermisk energi som ett medel för uppvärmning och därmed ersätta fossilbränsleenergi skulle ytterligare minska miljöräkningen.

Pågående arbete syftar till att förbereda det första CO ₂ injektionstester i en befintlig geotermisk dubblett. Detta kommer att validera kärnan i CO ₂ -Upplöst koncept, genom att testa särskilt injektionsanordningen och metoderna för kontinuerlig övervakning av CO ₂ upplösning i vattnet i injektionsbrunnen. Nästa steg blir att implementera, på en industritomt, en första demonstrator av hela tekniken.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.