Dra ut värmefångande koldioxid ur luften och förvandla den till användbara produkter, ett koncept som kallas kolavskiljning och användning, har potential att erbjuda både miljömässiga och ekonomiska fördelar.

Enligt vissa optimistiska uppskattningar, CCU skulle kunna generera årliga intäkter på mer än 800 miljarder dollar till 2030 samtidigt som klimatförändrande koldioxidutsläpp minskas med upp till 15 %. Fångade CO ₂ potentiellt kan användas för att tillverka betong och andra byggmaterial, bränslen, plast, och olika kemikalier och mineraler som används inom industrin, lantbruk, medicin och på andra ställen.

Men vilken av dessa produkter skulle vara mest användbar för klimatet? Tills nu, det har inte gjorts någon heltäckande studie som jämför klimatfördelarna med ett komplett utbud av potentiella CCU-härledda produkter.

En ny studie från University of Michigan fyller det kritiska gapet genom att analysera 20 potentiella användningar av infångad koldioxid i tre kategorier – konkreta, kemikalier och mineraler – och rangordna dem efter klimatnytta. Tidigare studier har visat att användning av CCU för att tillverka produkter i dessa tre kategorier har potential att konsumera upp till 6,2 gigaton koldioxid årligen år 2050.

UM-forskarna fann att endast fyra av de 20 "CCU-vägar" de analyserade - två som använder CO ₂ att tillverka betong och två som använder den för att tillverka kemikalier — har en större sannolikhet än 50 % att generera en netto klimatnytta. En nettoklimatfördel innebär att de utsläpp som undviks genom att använda CCU-teknik uppväger de utsläpp som genereras när CO2 ₂ och göra den slutliga produkten.

Studien, utförd av forskare från Centrum för hållbara system vid UM:s Skola för miljö och hållbarhet och vid UM Institutionen för maskinteknik, publicerades online den 22 augusti i tidskriften Miljövetenskap och teknik .

"Beslut om att globalt skala CCU-verksamhet kommer att kräva vägledning för att identifiera produkter som maximerar klimatfördelarna med att använda fångad CO ₂ , " sa huvudförfattaren Dwarak Ravikumar, en tidigare postdoktor vid U-M:s centrum för hållbara system som nu är på National Renewable Energy Laboratory.

"Vår ranking kommer att hjälpa till att prioritera FoU-strategier mot produkter med störst klimatnytta samtidigt som man undviker vägar som medför en betydande klimatbörda och som ger lite hopp om förbättring, sa Ravikumar.

Den nya studien visade också att för närvarande, el producerad från förnybara källor som vind leder ofta till en större klimatnytta om den tillförs elnätet för att kompensera för utsläpp av fossila bränslen, istället för att användas för att tillverka CCU-produkter. Det kommer att förändras med tiden när fossila bränslen gradvis fasas ut, enligt studieförfattarna.

"För närvarande, det finns en större möjlighet att minska koldioxidutsläppen genom att använda förnybara energikällor för att tränga undan fossilbränslebaserad elproduktion än att investera i många av CCU-teknikerna, " sa studiens medförfattare Greg Keoleian, chef för Centrum för hållbara system.

"Denna studie är viktig för att prioritera och vägleda den framtida utvecklingen och distributionen av CCU-teknologier, särskilt när energiförsörjningen avkolas, " sa Keoleian.

Vid avskiljning och användning av koldioxid, koldioxidgas kan antingen tas ur rökgaser vid anläggningar som kraftverk och cementfabriker, eller så kan den avlägsnas från den omgivande luften genom en process som kallas direkt luftinfångning. I U-M-studien, koldioxiden antas ha fångats från ett naturgaskraftverk.

I deras studie, UM-forskarna fastställde livscykelns koldioxidavtryck för materialen och energin som behövdes för att tillverka CCU-produkterna, jämförde sedan dessa värden med de material och energi som behövs för att göra konventionella versioner av dessa produkter. De utvecklade ett klimatavkastningsmått för att rangordna och prioritera CCU-produkterna.

De fyra CCU-vägarna med mer än 50 % sannolikhet att generera en nettoklimatfördel inkluderade två metoder som använder koldioxid för att blanda betong, en metod för att producera myrsyra genom hydrering av koldioxid, och en metod för att göra kolmonoxid från metan.

Myrsyra används som konserveringsmedel och antibakteriellt medel i djurfoder och används för att garva läder och för att färga textilier. Kolmonoxid används i olika industriella processer inklusive syntetisk kemisk tillverkning och metallurgi.

"Medan vi lyfter fram fyra tekniker, många av de andra som tas upp i vår studie kommer att ge en klimatnytta under de rätta randvillkoren och kommer att generera de produkter vi behöver. Det är bara det att alternativen för att uppnå dessa fördelar är mer begränsade. I den här studien, det uttrycks som sannolikheten för en klimatnytta, " sa studiens medförfattare Volker Sick, en U-M professor i maskinteknik och chef för Global CO ₂ Initiativ.

CCU skiljer sig från kolavskiljning och -bindning (CCS), som går ut på att suga upp koldioxid och gräva ner den under jord.