Ny teknik som fångar upp och återvinner koldioxid från industriella processer som stål och cementtillverkning kommer att vara av avgörande betydelse om EU ska nå sitt mål att minska utsläppen av växthusgaser med minst 55% till 2030 och ner till noll år 2050. Men medan lösningar dyker upp, mer arbete behövs för att rulla ut dem i stor skala, säger experter.

Några av de största förorenarna – stålet, cement- och kemisk industri som står för mer än två tredjedelar av alla industriella koldioxidutsläpp i EU – har redan gjort vissa framsteg, att minska utsläppen med nästan 30 % mellan 1990 och 2018. Detta var delvis tack vare EU:s flaggskeppsklimatpolitik – systemet för handel med utsläppsrätter – som följer principen att förorenaren betalar, där vissa branscher betalar för ett (takst) utsläppsrätt för varje ton CO ₂ -motsvarande de injicerar i atmosfären.

Det här tillvägagångssättet har försökt avskräcka användningen av fossila bränslen genom att ta lite betalt för utsläpp – men det är inte tillräckligt och det är inte tillräckligt snabbt, säger Stuart Haszeldine, professor i kolfångst och lagring vid University of Edinburgh, STORBRITANNIEN.

"Den politik vi har för närvarande är bra för att börja på resan, men de ... kommer definitivt inte till resans slutpunkt. Det finns sätt att uppnå dessa mål, men vi har inte varit djärva nog att göra dem."

Istället för att ta itu med den röriga produktionen, det renaste sättet att minska utsläppen av växthusgaser är att använda förnybar el som den huvudsakliga energikällan – men det är inte alltid möjligt. Att plantera träd för att suga upp kol från atmosfären kan vara en annan viktig pusselbit, men det är en långsam och stadig lösning, en som kommer att ta år och skala, att åstadkomma meningsfull förändring.

Fånga och lagra

Den kanske enskilt mest kritiska ingrediensen för att uppfylla Parisavtalets konvention om att begränsa den globala uppvärmningen till "väl under" 2 grader Celsius jämfört med förindustriella nivåer är beprövad industriell teknik utformad för att fånga och lagra koldioxid ₂ innan det släpps ut i atmosfären, säger professor Haszeldine.

Detta skulle kunna göras genom att ge koldioxidintensiva industrier i uppdrag att successivt investera i att lagra och/eller återvinna en procentandel av koldioxiden ₂ de producerar, han föreslog.

Cementindustrin, till exempel, producerar mer än 4 miljarder ton produkt varje år, står för cirka 8 % av den globala koldioxiden ₂ utsläpp - men bara en tredjedel av dess utsläpp härrör från användningen av bränsle för kraft, vilket innebär att det inte räcker med att byta till förnybar energi.

Huvuddelen av dess utsläpp är naturligt kopplade till processen för att producera klinker, en av huvudingredienserna i cement.

För att göra produktionen av det mest använda byggmaterialet grönare, projekt som CLEANKER testar i industriell miljö tillämpligheten av att fånga upp CO ₂ frigörs under cementproduktionsprocessen. CLEANKER använder så kallad kalciumslingteknologi, som använder kalciumoxidbaserade sorbenter för att fånga upp CO ₂ vid höga temperaturer.

Tekniken har potential att utnyttja mer än 90 % av CO ₂ produceras i en cementfabrik, säger Riccardo Cremona, som arbetar med forskare från Politecnico di Milano, ett universitet i Italien, på CLEANKER-projektet.

Ett viktigt hinder för införande är kostnaden - kostnaden för att implementera sådan teknik är samma storleksordning som att bygga en cementfabrik själv, så det är obekvämt för producenter för tillfället. Men om Parisavtalet och 2050-målen ska nås, han sa, "vi måste ta till oss den här tekniken ... koldioxidavskiljning kommer att vara grundläggande för stora industrier som vill vara kolfria."

En gång CO ₂ har fångats, den kan komprimeras till flytande tillstånd och kan sedan pumpas under jorden för att fylla på, till exempel, utarmade olje- och gasreservoarer eller kolbäddar.

Återvunnet

Den fångade CO ₂ kan också återvinnas för att producera andra värdefulla produkter, vilket var målet för det nyligen genomförda Carbon4PUR-projektet. Siktet, säger projektkoordinator Dr Liv Adler från polymerföretaget Covestro Deutschland, var att demonstrera och utvärdera om det är tekniskt möjligt, ekonomiskt genomförbart och hållbart att återvinna stålverksgaser som innehåller CO ₂ och kolmonoxid till mellanliggande föreningar som kan användas för att producera isoleringsskivor eller träbeläggningar.

Projektet har gett lovande resultat, demonstrerar förmågan att omvandla blandningar av stålverksgas till mellanprodukter för plastpolymerer som kallas polyuretaner, men Dr. Adler säger att den här typen av teknik bara är en del av lösningen – det finns andra komponenter som utgör polyuretaner som också kan ändras.

"Föreställ dig att baka en tårta. Vi arbetade med, till exempel, mjölken som du behöver för att producera kakan, men alla andra ingredienser är fortfarande desamma, " Hon sa.

"För att verkligen minska utsläppen ... behöver vi inte bara byta ut mjölken, men också byta ut äggen, mjölet och sockret och först då kan vi komma fram till en riktig hållbar produkt."

Ett annat initiativ utformat för att öka hållbarheten, denna gång i den kemiska industrin, är CatASus-projektet, som koordineras av Katalin Barta Weissert, professor vid Institutet för kemi vid universitetet i Graz, Österrike.

Projektet arbetar med att utveckla mer hållbara metoder för att härleda förnybara källor till aminer - en familj av kemikalier som ofta förekommer i läkemedel, jordbrukskemikalier och ytaktiva ämnen - från sönderfallande lignocellulosa (avfallsväxttorrsubstans som produceras rikligt inom jord- och skogsbruk). Väsentligen, genom att använda avfallsbiomassa för att tillverka aminer, det ska inte finnas någon extra CO ₂ utsläpp som annars skulle uppstå för att producera dessa kemikalier.

Vad som är avgörande är att grundforskning som denna fortsätter att finansieras – först då kommer forskare att kunna utveckla metoder som så småningom kommer att överskölja status quo så mycket att industrin kommer att tvingas att ta till sig sådan teknik, hon säger.

"Så småningom borde vi nå det stadium där vi designar något smart som faktiskt kommer att kosta mindre... där branschen kommer att säga "det här är fantastiskt; det är mindre förorenande, mindre farligt men också billigare för oss."

Ung

Som det står, många av de projekt som utvecklar ny koldioxidskärande teknik för förnybara kemikalier är unga-de har en lång väg att gå, säger Dr Adler.

Till exempel, även om hennes Carbon4PUR-projekt framgångsrikt har visat proof of concept i semi-industriell skala, det måste testas i större skala och det kommer att ta minst fem till 10 år (förutsatt att allt går bra) innan det kommer att vara klart för marknaden, hon säger.

Under tiden, storskaliga kollagringsprojekt pågår redan. Norge, till exempel, har lagrat CO ₂ under Nordsjön i decennier – driven av en koldioxidskattepolitik på olje- och gasfält till havs. Och Storbritannien är på väg att finansiera två stora projekt som ska starta 2025, med två till 2030.

Så vissa tekniker som kan göra stor skillnad finns redan, men problemet är hur man implementerar dem tillräckligt snabbt och över hela kontinenten. Regeringar gör inte tillräckligt med framsteg i detta avseende eftersom det innebär att de måste helt förändra hur deras energisystem fungerar, säger prof. Haszeldine. Med hjälp av innovationsfonden EU-ETS, EU kan hjälpa till att finansiera det första pilotprojektet för att visa koldioxidavskiljning och lagring i ett land, men det kan inte finansiera allt, för det finns för mycket att finansiera, han säger.

"En regering måste vara kreativ - att uppfinna ett sätt att göra detta oundvikligt, få företag och företag att städa upp sina koldioxidutsläpp istället för att släppa ut dem i atmosfären. Städningen måste bli normal."

Om Europa vill uppnå denna nollposition, han säger, "det måste verkligen öka sin ambition för konstruerad avskiljning av koldioxidavskiljning och lagring med mycket stor mängd."

Problemet

För att påskynda spridningen av banbrytande teknik och minska koldioxidavtrycket från industrisektorn, EU håller på att utveckla en plan för att skapa bättre kopplingar mellan Europas forsknings- och innovationsgemenskaper och industrin.

Den här koldioxidsnåla färdplanen kommer att vara den första i en serie av industriella tekniska färdplaner som beskriver hur forskning och industri bättre kan arbeta tillsammans, med kommande ämnen inklusive cirkulära industrier.

Den här berättelsen är en del av en serie där vi hör från nästa generation av forskare och forskare som arbetar för att tackla globala utmaningar.

En diskussion om motståndskraft, Europeiska industrier med låga koldioxidutsläpp kommer att äga rum den 24 juni som en del av Europeiska kommissionens konferens Research and Innovation Days.