Upphovsman:Alexei Scutari på Unsplash
Förra veckan, media rapporterade att koldioxid i atmosfären är på sin högsta nivå på mer än 4 miljoner år. Koldioxid i atmosfären är en av de främsta drivkrafterna för den globala uppvärmningen. Nedgången i växthusgaser i samband med minskade resor under pandemin var en flyktig blick i den större trenden med antropogena klimatförändringar - klimatförändringar som drivs av mänsklig verksamhet. En anledning till detta är vissa branscher, som fortsatte att släppa ut växthusgaser.
En teknik som kallas "direkt luftavskiljning" kan bokstavligen suga koldioxid ur luften. Mihri Ozkan, en professor vid el- och datateknik vid UC Riverside, publicerade nyligen en kommentar om direkt luftfångst. Hon är ledande organisatör för EN13 -Symposium för klimatförändringar och begränsningsteknologier som kommer att fokusera på teknik för direktupptagning av luft senare i höst. Här, Professor Ozkan svarar på några frågor om genomförbarheten av direkt luftuppsamling.
F:Varför är industriell koldioxid, eller CO 2 , svårt att eliminera?
A:Enligt Mauna Loa -observatoriet på Hawaii, atmosfärisk CO 2 nivåer idag har ökat till i genomsnitt nästan 420 delar per miljon. Det är 50% högre än före den industriella revolutionen, när nivåerna var på 280 ppm. Tyvärr, nästan 1,9 miljarder ton industri CO 2 utsläpp varje år kan inte undvikas med mer genomförbar produktionsteknik. Industriella processer med betydande CO 2 utsläpp som är svåra att undvika är cementtillverkning, bearbetning av naturgas, produktion av järn, stål, ammoniak/urea och biobränsle, och olika petrokemiska processer som producerar kemikalier, plast, och fibrer.
F:Du har nyligen publicerat om genomförbarheten av direkt luftavskiljning av koldioxid för att ta bort den från atmosfären. Kan du sammanfatta hur denna teknik fungerar?
A:Direkt luftuppsamling, eller DAC, av CO 2 kan hjälpa till att hantera svåra att undvika utsläpp som de jag har nämnt ovan. I enkla termer, DAC använder flytande eller fasta sorbenter för att fånga upp CO 2 direkt från atmosfären. Luft kommer först in från inloppen och passerar genom kontaktorerna, där CO 2 fångas. Senare, fångad CO 2 släpps för permanent lagring eller återanvändning i olika industriella applikationer.
F:Vilka är de potentiella miljömässiga och finansiella kostnaderna, liksom fördelarna med direkt luftuppsamling?
A:Kapitalkostnader för utrustning och kommersialiseringskostnader är de viktigaste övervägandena för DAC -anläggningar. För de flytande lösningsmedelsbaserade systemen, majoriteten av kapitalkostnaderna är kontaktorarrays för separering av gaser, oxidriven kalciner-en typ av ugn som används för att avlägsna CO 2 av fasta material - slaker, frätande medel, klarare och kondensorer. För det fasta sorbentbaserade systemet, cirka 80% av kapitalet är förknippat med kvävefunktionaliserade porösa material, och det återstående är associerat med den oxidrivna kalcineraren, vakuumpump, och värmeväxlare.
Flytande lösningsmedelsbaserade system kostar något mer att driva än de fasta sorbentbaserade systemen. Detta beror främst på höga energibehov när sorbenten eller lösningsmedlet upphettas för att avlägsna CO 2 och redo för återanvändning, tillsammans med den el som krävs för att driva fläktarna.
Mark- och vattenförbrukning är ytterligare överväganden för DAC. För en modern DAC -teknik för flytande lösningsmedel för att fånga upp 1 ton CO 2 , systemet använder nästan 1–7 ton vatten. Dessutom, en modern DAC -anläggning som drivs geotermiskt och med 1 ton per år fångstkapacitet kräver ett landområde mellan 0,2–0,6 kvadratkilometer (eller cirka 0,1 till 0,4 kvadratkilometer). Även om DAC inte kräver åkermark, storleken på den mark som krävs kan förändras baserat på vilken typ av energisystem som används i verksamheten.
F:Är direktluftsavskiljning ett bra alternativ för att snabbt avkarbonisera industrin?
A:Just nu, med den nuvarande statusen för DAC -teknik, det kan bidra till att kompensera utsläpp från sektorer som är svåra att avkarbonisera. För att uppfylla globala mål - borttagning av 1, 000 gigaton CO 2 år 2100 - med DAC ensam, nästan 13, 000 DAC -anläggningar med 1 ton CO 2 kapacitet per år behövs idag. Vi skulle behöva en investering på nästan 1,7 biljoner dollar globalt. Av den anledningen, andra negativa utsläppstekniker måste övervägas där de är billigare och effektivare.
F:Vilka åtgärder bör regeringar och industrier vidta för att minska utsläppen av växthusgaser?
A:Privat investerare, regering, och företagsinvesteringar kan hjälpa till att täcka de höga kapitalkostnaderna för DAC -projekten och kan också bidra till att skala upp befintlig fångstkapacitet för anläggningar. Nu, det finns nya initiativ från hela världen från regeringarna. I USA., 45Q skattekreditprogram uppmuntrar företag att gå grönt. För att förhindra klimatkris, vi måste avkolisera alla sektorer. Regeringar runt om i världen måste föra politiken i denna riktning, särskilt de som är mycket industrialiserade.
F:Din forskning syftar till att utveckla hållbar energilagring och källor, ofta använder återvunnet eller ofarligt material, som sand, svamp, och plastflaskor. Vad jobbar du med just nu?
A:Min forskning fokuserar på elektrifiering av transporter; därför fokuserar vi på att utveckla idéer för spelväxlare vid tillverkning av litiumjonbatterier. Det totala antalet elfordon 2030 förväntas bli nästan 10 gånger fler än idag. En "Battery Rush" har börjat! Vår forskargrupp undersöker sätten att göra litiumjonbatterier mer hållbara genom att använda naturliga, förnybara källor och avfallsmaterial som plast och glas. Vi fokuserar också på nya solid-state och okonventionella batterier.
