Als we de wereldwijde temperatuurstijgingen gaan beperken tot 2 graden boven het pre-industriële niveau, zoals vastgelegd in het klimaatakkoord van Parijs, er komt veel meer bij kijken dan een transitie naar CO2-neutrale energiebronnen zoals wind en zon. Er zijn koolstofnegatieve technologieën voor nodig, inclusief energiebronnen die het kooldioxidegehalte in de atmosfeer daadwerkelijk verlagen.

Hoewel de meeste klimaatonderzoekers en -activisten het erover eens zijn dat koolstofnegatieve oplossingen nodig zullen zijn om te voldoen aan de voorwaarden van de Overeenkomst van Parijs, tot nu toe zijn de meeste van deze oplossingen op korte termijn als onpraktisch beschouwd, speciaal voor grote, kolenafhankelijke landen zoals China.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences en het Harvard-China Project on Energy, Economie en Milieu, in samenwerking met collega's van de Tsinghua University in Peking en andere instellingen in China, Australië en de VS, hebben de technische en economische levensvatbaarheid voor China geanalyseerd om over te gaan naar koolstofnegatieve elektriciteitsopwekking.

Het onderzoek is gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Dit document doet een gedurfde suggestie dat China niet alleen kan evolueren naar negatieve koolstofenergie, maar dat het dit ook op een economisch concurrerende manier kan doen, " zei Michael McElroy, de Gilbert Butler Professor of Environmental Studies aan Harvard en een senior co-auteur van het artikel.

"Het systeem dat we beschrijven, biedt niet alleen een koolstofnegatief alternatief om op de lange termijn elektriciteit op te wekken, maar levert ook op korte termijn een aanzienlijk voordeel op bij het verminderen van de luchtvervuiling in China, " zei Xi Lu, Universitair hoofddocent aan de School of Environment aan de Tsinghua University en eerste auteur van het artikel. Lu is ook een voormalig SEAS-afgestudeerde student en postdoctoraal onderzoeker.

De strategie McElroy, De lay-out van Lu en hun collega's omvat de combinatie van twee vormen van groene energie:kolen-bio-energievergassing en koolstofafvang en -opslag.

Bio-energie een van de belangrijkste instrumenten in de koolstofnegatieve gereedschapskist.

Bio-energie komt van de beste CO ₂ scrubbers op de planeet - planten. Zoals de meesten van ons leerden op de lagere school, planten gebruiken fotosynthese om CO . om te zetten ₂ omgezet in organische koolstof en zuurstof. De koolstof die in planten is opgeslagen, kan door verbranding weer worden omgezet in energie (ook bekend als vuur); fermentatie, zoals bij de productie van ethanol; of via een proces dat bekend staat als vergassing, die koolstofrijke materialen omzet in koolmonoxide, waterstof en kooldioxide voor brandstoffen en industriële chemicaliën.

Het proces van het omzetten van biomassa in energie en het vervolgens afvangen en opslaan van de afval-CO ₂ is een van de meest besproken strategieën voor negatieve koolstofenergie. Het staat bekend als BECCS, bio-energie met afvang en opslag van koolstof. Het probleem is, in de meeste toepassingen is BECCS niet erg efficiënt en vereist het enorme hoeveelheden land om de planten te laten groeien die nodig zijn om de planeet van energie te voorzien, wat waarschijnlijk zou leiden tot wereldwijde voedsel- en watertekorten.

Maar wat als er een manier was om het proces praktischer en efficiënter te maken?

lu, McElroy en hun internationale team zochten een onwaarschijnlijke oplossing voor groene energie:steenkool.

"Als je dit probeert met alleen biobrandstof, het is niet erg effectief, " zei McElroy. "De toevoeging van steenkool zorgt voor een energiebron die echt belangrijk is. Als je biobrandstof combineert met kolen en het mengsel vergassen, je kunt in wezen een pure bron van waterstof ontwikkelen in het proces."

Door verschillende verhoudingen van biobrandstof tot steenkool te modelleren, de onderzoekers ontdekten dat zolang ten minste 35 procent van het mengsel biomassa is en de afvalkoolstof wordt opgevangen, de opgewekte stroom zou de CO . verminderen ₂ in de atmosfeer. Bij die verhouding, de onderzoekers ontdekten dat de genivelleerde kosten van elektriciteit niet meer dan 9,2 cent per kilowattuur zouden zijn. Een koolstofprijs van ongeveer $ 52 per ton zou dit systeem kostenconcurrerend maken met de huidige kolengestookte elektriciteitscentrales in China.

Een belangrijk onderdeel van deze strategie is het gebruik van gewasresten - de overblijfselen van planten nadat de velden zijn geoogst - als biobrandstof.

Seizoensgebonden landbouwbranden, wanneer boeren hun velden in brand steken om stoppels te ruimen na een oogst, zijn een belangrijke bron van luchtvervuiling in China. Het verzamelen van die stoppels en het gebruiken als biobrandstof zou niet alleen de CO .-uitstoot verminderen ₂ maar de luchtkwaliteit in het land aanzienlijk verbeteren. Vergassing zorgt er ook voor dat luchtverontreinigende stoffen gemakkelijker uit de afvalstroom kunnen worden verwijderd.

De onderzoekers erkennen dat het ontwikkelen van een systeem om de biomassa te verzamelen en af ​​te leveren aan energiecentrales tijd zal vergen, maar ze stellen dat het systeem niet in één keer geïmplementeerd hoeft te worden.

"Omdat we het hele scala van kolen-tot-biomassa-verhoudingen hebben onderzocht, we hebben aangetoond hoe China stapsgewijs kan evolueren naar een steeds koolstofnegatievere energiebron, " zei Chris P. Nielsen, Uitvoerend directeur van het Harvard-China Project en co-auteur van de studie. "Eerst, kleine hoeveelheden biobrandstof kunnen worden gebruikt om de netto positieve koolstofemissies te verminderen. Vervolgens, het systeem zou kunnen uitgroeien tot koolstofneutraliteit en uiteindelijk tot een koolstofnegatief systeem. Je hoeft niet alles vanaf het begin te doen."

"Deze studie biedt cruciale informatie voor beleidsmakers die koolstofnegatieve energiemogelijkheden in China willen implementeren, " zei Lu.