Om de opwarming van de aarde tot 2 graden Celsius te beperken, moeten niet alleen de uitstoot van koolstofdioxide worden verminderd, maar ook actieve verwijdering van kooldioxide uit de atmosfeer. Deze conclusie van het Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering heeft geleid tot een verhoogde interesse in 'negatieve emissietechnologieën'.

Een nieuwe studie gepubliceerd op 25 juni in Natuur Klimaatverandering evalueert het potentieel voor recent beschreven methoden die koolstofdioxide uit de atmosfeer opvangen via een "elektrogeochemisch" proces dat ook waterstofgas genereert voor gebruik als brandstof en bijproducten creëert die kunnen helpen de verzuring van de oceaan tegen te gaan.

Eerste auteur Greg Rau, een onderzoeker aan het Institute of Marine Sciences van UC Santa Cruz en gastwetenschapper aan het Lawrence Livermore National Laboratory, zei dat deze technologie de mogelijkheden voor energieproductie met negatieve emissies aanzienlijk uitbreidt.

Het proces maakt gebruik van elektriciteit uit een hernieuwbare energiebron voor de elektrolyse van zout water om waterstof en zuurstof te genereren, gekoppeld aan reacties waarbij wereldwijd overvloedige mineralen betrokken zijn om een ​​oplossing te produceren die koolstofdioxide uit de atmosfeer sterk absorbeert en vasthoudt. Rau en andere onderzoekers hebben verschillende verwante methoden ontwikkeld, die allemaal betrekking hebben op elektrochemie, zout water, en carbonaat- of silicaatmineralen.

"Het vermindert niet alleen atmosferische kooldioxide, het voegt ook alkaliteit toe aan de oceaan, dus het is een tweeledig voordeel, " zei Rau. "Het proces zet koolstofdioxide eenvoudig om in een opgelost mineraal bicarbonaat, die al overvloedig aanwezig is in de oceaan en helpt om verzuring tegen te gaan."

De benadering van negatieve emissies die tot nu toe de meeste aandacht heeft gekregen, staat bekend als "biomassa-energie plus koolstofafvang en -opslag" (BECCS). Dit omvat het kweken van bomen of andere bio-energiegewassen (die koolstofdioxide opnemen terwijl ze groeien), het verbranden van de biomassa als brandstof voor elektriciteitscentrales, het opvangen van de uitstoot, en de geconcentreerde kooldioxide ondergronds te begraven.

"BECCS is duur en energetisch kostbaar. We denken dat dit elektrochemische proces van waterstofopwekking een efficiëntere en hogere capaciteitsmanier biedt om energie op te wekken met negatieve emissies, ’ zei Rau.

Hij en zijn co-auteurs schatten dat elektrogeochemische methoden, gemiddeld, verhoging van de energieopwekking en koolstofverwijdering met meer dan 50 keer ten opzichte van BECCS, tegen gelijkwaardige of lagere kosten. Hij erkende dat BECCS verder is op het gebied van implementatie, met een aantal biomassa-energiecentrales die al in bedrijf zijn. Ook, BECCS produceert elektriciteit in plaats van minder gebruikte waterstof.

"De problemen zijn hoe we voldoende biomassa kunnen leveren en de kosten en risico's die gepaard gaan met het in de grond stoppen van geconcentreerde kooldioxide en hopen dat het daar blijft. ’ zei Rau.

De elektrogeochemische methoden zijn gedemonstreerd in het laboratorium, maar er is meer onderzoek nodig om ze op te schalen. De technologie zou waarschijnlijk beperkt blijven tot locaties aan de kust of offshore met toegang tot zout water, overvloedige hernieuwbare energie, en mineralen. Co-auteur Heather Willauer van het U.S. Naval Research Laboratory leidt het meest geavanceerde project van dit type, een elektrolytische kationenuitwisselingsmodule ontworpen om waterstof te produceren en koolstofdioxide te verwijderen door middel van elektrolyse van zeewater. In plaats van vervolgens de kooldioxide en waterstof te combineren om koolwaterstofbrandstoffen te maken (het primaire belang van de marine), het proces kan worden aangepast om de koolstofdioxide om te zetten en op te slaan als oceaanbicarbonaat, waardoor negatieve emissies worden bereikt.

"De technologie voor negatieve emissies staat nog in de kinderschoenen, en we moeten een open geest houden over welke opties zich kunnen voordoen, " zei Rau. "We hebben ook beleid nodig dat de opkomst van deze technologieën zal bevorderen."