Fungerande kolkraftverk nära Aachen, Tyskland. Kredit:Jeff Reimer
Våra energi- och vattensystem är oupplösligt sammanlänkade. Klimatförändringarna kräver att vi övergår till kolfri energi och även att vi bevarar vattenresurserna eftersom de samtidigt blir mer efterfrågade och mindre tillgängliga. Beslutsfattare, företagsledare, och forskare som försöker ta itu med klimatförändringarnas brådskande behov ser i allt högre grad till avskiljning och lagring av koldioxid (CCS) för att hjälpa till att uppfylla de globala klimatmålen. Samtidigt som CCS minimerar utsläppen från förbränning av bränslen, dess inverkan på globala vattenresurser har inte undersökts i stor omfattning. Ny forskning visar att CCS kan stressa vattenresurserna i cirka 43 % av världens kraftverk där vattenbrist redan är ett problem. Ytterligare, tekniken som används i dessa områden med vattenbrist har betydelse, och framväxande CCS-teknologier skulle i hög grad kunna minska efterfrågan som CCS ställer på vattenförbrukning.
Energiproducerande anläggningar som koleldade kraftverk förbrukar stora mängder kylvatten. Typen av kylmetod som används i ett kraftverk (våta kyltorn, en gång genom kylning, eller luftkylda kondensorer) påverkar vattenförbrukningen. Att installera CCS vid dessa anläggningar kräver att de producerar ytterligare energi för att kompensera för den energi som används av CCS-processen. Med det kommer ytterligare kylvattenförbrukning. Dessutom, CCS-processen i sig ökar den totala vattenförbrukningen på ett sätt som beror på CCS-tekniken som används.
De flesta CCS-projekt som för närvarande är i drift över hela världen använder absorptionsteknik. Vanliga absorbenter är vattenbaserade baser som innehåller amingrupper som binder till koldioxid, separera den från andra gaser i rökgasblandningen. Processen för absorption av CO 2 in i dessa lösningsmedel och efterföljande regenerering av lösningsmedlen kräver energiuttag från kraftverket. Cirkulationen av stora mängder lösningsmedel resulterar i vattenförlust genom avdunstning. Andra toppmoderna CCS-tekniker använder mycket mindre vatten eftersom de separerar koldioxiden från rökgaserna genom adsorption på fasta material, eller föra avgaserna genom membran. Dessa tekniker kan potentiellt minska både energibelastningen och vattenförbrukningen.
Ytterligare vattenbrist med kolfångande aminabsorptionsteknik. Figuren visar antalet ytterligare månader av vattenbrist per år som CFPP byggd efter år 2000 skulle möta i händelse av att de skulle eftermonteras med den kommersiellt tillgängliga aminabsorptionstekniken. Detalj (a) visar den geografiska fördelningen av CFPP byggd efter år 2000 och antalet månader av ytterligare vattenbrist de skulle möta om de eftermonterades med aminabsorption, (b) visar en landsspecifik andel av koleldad kapacitet byggd efter år 2000 som skulle möta ytterligare månader av vattenbrist om den eftermonterades med aminabsorption. Länder listas i fallande ordning baserat på ytterligare kapacitet som står inför vattenbrist. Kredit:University of California - Berkeley
I denna forskning, vi undersöker hur CCS kan implementeras hållbart utan att kompromissa med vattenresurserna. Specifikt, påverkar tillägget av CCS till koleldade kraftverk vattenförbrukningen i någon region i världen tillräckligt mycket för att framkalla eller förvärra vattenbrist? Vi modellerade den hypotetiska implementeringen av fyra olika CCS-tekniker vid varje globalt koleldat kraftverk av betydande storlek som för närvarande är verksamt runt om i världen och studerade effekten på regionala vattenuttag och förbrukningar. Med hjälp av en global biofysisk månatlig hydrologisk analys, vi bedömde var, när, och i vilken utsträckning vattenbrist skulle kunna begränsa implementeringen av CCS.
Något överraskande, fann vi att i fall där vattenbrist inte redan existerar, tillägg av CCS kommer i allmänhet inte att inducera brist. Dock, vi fann också att 43 % av den nuvarande installerade globala koleldade kraftkapaciteten finns i regioner som nu upplever vattenbrist under minst en månad om året, och över 30 % av den globala kapaciteten står inför brist under fem eller fler månader om året. I dessa regioner, implementering av CCS-teknik förvärrar vattenstressen. Att eftermontera kraftverk med mindre vattenintensiv avskiljningsteknik kan minska konkurrensen om sötvattenresurser, och valet av kylningsmetoder blir allt viktigare.
Våra resultat möjliggör en mer omfattande förståelse av vattenanvändning i koleldade anläggningar med, och utan, kolavskiljning. Noggranna avvägningar måste övervägas, och valet av kolavskiljningsteknik är mycket relevant. Vi tror att detta arbete kommer att fungera som en vägledning för beslutsfattare när vi ökar implementeringen av CCS runt om i världen.
