De mensheid moet tegen het einde van de eeuw tot 660 miljard ton koolstofdioxide (CO₂) uit de atmosfeer verwijderen om de opwarming van de aarde te beperken tot 1,5°C. Dat blijkt uit het meest recente rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), dat zijn schatting baseerde op atmosferische CO₂-concentraties gemeten in 2020.

Het verwijderen van zoveel CO₂ is meer dan het planten van veel bomen. Ingenieurs en wetenschappers ontwikkelen direct air capture-technologieën (DAC) die grote hoeveelheden CO₂ uit de atmosfeer moeten halen terwijl ze heel weinig land en water gebruiken.

Een typische DAC-eenheid gebruikt grote ventilatoren om lucht door een vloeibaar of vast materiaal te duwen dat CO₂ kan binden en verwijderen, vergelijkbaar met hoe menselijke longen zuurstof extraheren. Bij verhitting wordt het materiaal geregenereerd, waarbij geconcentreerde CO₂ overblijft.

De geconcentreerde CO₂ kan ofwel permanent worden opgeslagen, meestal ondergronds in lege olie- en gasreservoirs, of worden gebruikt om nuttige chemicaliën te produceren, zoals synthetische brandstoffen. Deze brandstoffen zouden bij verbranding opnieuw CO₂ afgeven en zijn dus technisch CO2-neutraal.

Voorstanders van de technologie zeggen dat dit de behoefte aan fossiele brandstoffen kan verminderen en industrieën die moeilijk te decarboniseren zijn, zoals de luchtvaart, kan helpen om netto nul-emissies te bereiken. Anderen maken zich zorgen dat DAC een afleiding biedt van het harde werk om de CO2-uitstoot te verminderen.

Deze critici suggereren dat de hoge energiekosten en materialen die voor DAC worden gebruikt, het onbetaalbaar maken en zo onpraktisch op het krappe tijdschema dat overblijft om catastrofale klimaatverandering af te wenden. De kosten om een ​​ton CO₂ te verwijderen met DAC kunnen oplopen tot US $ 600 (£ 522).

DAC-technologie staat nog in de kinderschoenen. Het Internationaal Energie Agentschap (IEA) voorspelt dat het in 2030 90 miljoen ton per jaar zal verwijderen, 620 miljoen ton in 2040 en 980 miljoen ton per jaar in 2050.

Maar zoals de zaken er nu voorstaan, zijn er sinds 2010 slechts 19 DAC-projecten online gekomen die gezamenlijk 0,008 miljoen ton CO₂ per jaar verwijderen, wat overeenkomt met ongeveer zeven seconden wereldwijde uitstoot van energieproductie in 2021.

DAC-ontwikkelaars werken aan projecten die medio 2020 elk ongeveer 1 miljoen ton CO₂ per jaar zullen verwijderen. Maar ze kunnen moeite hebben om de energie-efficiëntie te verbeteren en de kosten snel genoeg te verlagen om CO₂ op de noodzakelijke schaal te verwijderen om te voldoen aan de voorspellingen van het IEA voor de jaren 2030. Dit is waarom.

DAC-implementatie wint aan kracht

De grootste eenheid die momenteel in bedrijf is, is de Orca-fabriek, die in 2021 werd gebouwd door het bedrijf Climeworks in IJsland. Orca, zo groot als twee zeecontainers, streeft ernaar jaarlijks tot 4.000 ton CO₂ af te vangen en permanent op te slaan door het op te lossen in water en te pompen het ondergronds waar het zal reageren om gesteente te vormen.

Dit is hoeveel 170.000 bomen op 340 hectare land in een jaar zouden opnemen. Helaas heeft het koude weer begin 2022 de machines bevroren en de fabriek stilgelegd.

Carbon Engineering, een andere DAC-ontwikkelaar, is van plan een eenheid in Texas in de VS in te zetten die naar eigen zeggen tot 1 miljoen ton CO₂ per jaar zal verwijderen en opslaan zodra deze in 2024 in bedrijf wordt genomen. Deze onderneming omvat een investering van meerdere miljoenen dollars van United Airlines dat probeert de uitstoot van zijn vluchten te compenseren en synthetische brandstoffen te verwerven.

Koolstofneutrale brandstoffen kunnen olie in vliegtuigen en vrachtwagens voor lange afstanden vervangen. Maar lucht-naar-brandstoftechnologieën hebben nog steeds een competitiever bedrijfsmodel nodig dan de fossiele brandstofindustrie.

Dit zal waarschijnlijk niet snel gebeuren, aangezien de laatste zo goed ingeburgerd en gesubsidieerd is, terwijl de technologie achter air-to-fuel rudimentair is en aanzienlijke investeringen nodig hebben om op te schalen.

De kosten dalen te langzaam

Het IEA schat dat het verwijderen van tot 1 miljard ton CO₂ per jaar uit de lucht met DAC-installaties in 2050 tot 1.667 terawattuur aan energie zal verbruiken, wat overeenkomt met 1% van het wereldwijde verbruik in 2019.

De kosten zullen naar verwachting dalen tot tussen $ 125 en $ 335 per ton CO₂ in de jaren 2030, met het vooruitzicht om in 2040 onder de $ 100 te komen. Dit hangt af van de inzet van DAC-eenheden en het leren van ontwikkelaars van deze demonstratie-eenheden, vergelijkbaar met de kosten van zonne-energie daalden in de loop van de tijd.

DAC zou in de jaren 2030 financieel levensvatbaar kunnen worden als de dalende kosten worden opgevangen door de stijgende koolstofprijs in belastingstelsels. Volgens het Internationaal Monetair Fonds zal de gemiddelde prijs van CO₂ in de landen waar koolstofbelastingen of prijsmechanismen bestaan ​​in 2022 6 dollar per ton bedragen en tegen 2030 stijgen tot 75 dollar.

Het EU-emissiehandelssysteem kostte in 2022 een ton CO₂ op $ 90 per ton. De Inflation Reduction Act heeft onlangs de belastingverminderingen voor bedrijven die CO₂ verwijderen en opslaan in de VS verhoogd van $ 50 per ton naar $ 180.

Maar hoge koolstofprijzen zijn elders verre van de norm. In China schommelde de koolstofprijs tussen 2021 en 2022 tussen 6 en 9 dollar per ton.

DAC kan ook levensvatbaar worden als de CO₂ die het verwijdert in geld wordt omgezet. Maar dit is riskant. Een toepassing van DAC is verbeterde oliewinning, waarbij geconcentreerde CO₂ ondergronds wordt gepompt om meer olie te winnen.

Schattingen suggereren dat deze methode 1,5 ton CO₂ zou kunnen uitstoten voor elke verwijderde ton. Hoewel deze strategie de netto-uitstoot van conventionele olieproductie zou kunnen verminderen, zou het nog steeds koolstof aan de atmosfeer toevoegen.

Kansen kunnen zich voordoen in industrieën die geconcentreerde CO₂ nodig hebben, zoals voedselproducenten. De CO₂-prijs is gestegen van US $ 235 per ton in september 2021 tot meer dan US $ 1.200 recentelijk.

Dit komt omdat het grootste deel van de CO₂ in het VK afkomstig is van de kunstmestindustrie, waar de stijgende aardgasprijzen grote schade hebben aangericht. Hoewel de huidige wereldwijde vraag beperkt is tot ongeveer 250 miljoen -300 miljoen ton per jaar, zou DAC binnenkort een meer betaalbare en klimaatneutrale levering van CO₂ kunnen bieden.

Nieuwe technologieën kunnen helpen om DAC goedkoper te maken. Een in het VK gevestigde DAC-start-up genaamd Mission Zero Technologies wil bijvoorbeeld elektriciteit gebruiken in plaats van warmte om het CO₂-absorberende materiaal in DAC-units te regenereren. Dit zou volgens het bedrijf de energiebehoefte van DAC verviervoudigen.

Helaas zijn de kostenramingen voor DAC zeer onzeker. Dit komt deels omdat ze vaak van de ontwikkelaars zelf komen in plaats van onafhankelijk onderzoek. Er is geen algemeen aanvaarde benadering voor het kwantificeren van de werkelijke kosten van DAC, maar mijn onderzoeksgroep werkt aan het verifiëren van de verwijderingskosten die worden geclaimd door DAC-ontwikkelaars en voorspellingen door het IEA met een wereldwijd netwerk van academici en industriëlen.

Zal DAC de opwarming van de aarde vertragen?

The world needs to build about 30 DAC plants capable of removing more than 1 million tons of CO₂ a year every year between 2020 and 2050. With only a few such plants expected to be operational by the mid-2020s, overcoming this shortfall will be hard, especially if costs remain high and breakthrough DAC technologies are not discovered and commercialized.

I believe that DAC is still an essential tool for slowing global warming. When the predicted cost reductions are achieved, DAC will unlock the path to large-scale CO₂ removal with a much smaller land and water footprint than other removal technologies in the 2030s and beyond.

The role of DAC is not to compensate for rising emissions in the 2020s, but to close the emission gap and bring atmospheric CO₂ concentration down to limit global warming to 1.5°C during the decade and a bit approaching 2050. This is why governments and businesses should focus on ending their reliance on fossil fuels while supporting the research and development of DAC technology to drive its costs down. + Verder verkennen

How not to solve the climate change problem

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.