Terwijl de wereldwijde uitstoot onverminderd voortduurt, klimaatverandering gaat in een schrikbarend tempo. Maar een team van wetenschappers van UC Santa Barbara en RWTH Aachen University in Duitsland heeft een nieuwe - en nieuwe - bestemming in gedachten voor al het kooldioxide dat de atmosfeer in spuit:chemische producten.

De chemische productie stoot duizelingwekkende hoeveelheden broeikasgassen uit via de energie die ze verbruikt en de op koolstof gebaseerde grondstoffen die ze gebruikt. Sangwon Suh, een professor aan de Bren School of Environmental Science &Management van UC Santa Barbara, en zijn collega-onderzoekers zien een kans om miljarden tonnen CO2 van schoorstenen naar de chemische toeleveringsketen te leiden, als de wereld genoeg hernieuwbare energie kan creëren om de inspanning de moeite waard te maken. Hun analyse verschijnt in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Volgens de bevindingen van het team, chemische productie - een industrie die sectoren omvat die zo divers zijn als smeermiddelen, verven en kunststoffen - goed voor meer dan 3,3 miljard ton CO2 per jaar, of het equivalent in andere broeikasgassen. Suh heeft onlangs het eerste uitgebreide verslag uitgebracht over de koolstofemissies van kunststoffen, waarin hij en zijn co-auteur ontdekten dat alleen plastic verantwoordelijk is voor het equivalent van 1,8 miljard ton CO2-uitstoot per jaar.

"Aan de ene kant, deze enorme hoeveelheid plastic en chemicaliën vormt een probleem, " zei Suus, die industriële ecologie onderzoekt, "omdat er enorm veel energie nodig is bij de productie en, zodra de producten zijn gebruikt, er ontstaat een enorme hoeveelheid afval."

"Anderzijds, " hij ging verder, "Dit is een kans, omdat deze grondstoffen grotendeels op koolstof zijn gebaseerd. Als we koolstofdioxide kunnen gebruiken als koolstofbron voor deze kunststoffen en chemicaliën, dan kunnen we in de kunststoffen en chemicaliën een grote hoeveelheid CO2 opvangen en opslaan die anders zou zijn uitgestoten, en dat alles terwijl het waarde creëert."

Het toepassen van koolstofafvang en -gebruik (CCU) op de chemische industrie is een nieuw idee. Het zou een hernieuwbare bron van koolstofverbindingen zijn en heeft als bijkomend voordeel dat het CO2 uit de atmosfeer haalt. CCU produceert ook een grote hoeveelheid zuiver water als bijproduct, een potentiële zegen als waterveiligheid een groter probleem wordt. Bovendien, het inzetten van gevangen koolstof om te gebruiken compenseert een deel van de kosten om het in de eerste plaats af te vangen, een grote economische uitdaging voor de inspanningen op het gebied van koolstofvastlegging.

Maar het team wilde weten hoe praktisch het zou kunnen zijn. Dit is nieuw terrein, dus moesten de onderzoekers meestal helemaal opnieuw werken. Ze gingen testen of CCU een aanzienlijke kans bood om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, en vond dat het deed. De techniek zou tot 3,5 miljard ton CO2 kunnen elimineren, of het equivalent in andere broeikasgassen per jaar.

Echter, dit proces zou de totale energiebehoefte van de industrie verhogen, vooral omdat er ook waterstof nodig is, die over het algemeen wordt geproduceerd uit water door middel van elektrolyse. Aan deze eisen moet worden voldaan met hernieuwbare energie, anders zou het proces meer koolstof uitstoten dan het traditioneel inkopen van materiaal, via fossiele brandstofreserves.

De vraag werd toen:hoeveel hernieuwbare elektriciteit is er nodig om dit technische potentieel van 3,5 gigaton te bereiken?

Het antwoord:126 tot 222% van de huidige wereldwijde doelstellingen voor hernieuwbare energie voor 2030. En deze doelen zien er al erg ambitieus uit onder het huidige beleid en de huidige trajecten.

"We waren verrast hoeveel elektriciteit er nodig is om de uitstoot van broeikasgassen via CCU te verminderen, " Suh ​​merkte op. "Sommige mensen denken misschien dat die hernieuwbare energieopwekkingscijfers die we hebben getest onrealistisch zijn. We zullen, dat is het punt."

Tijd en moeite

Veel wetenschappers raakten geïnteresseerd in CCU - evenals in het afvangen en opslaan van koolstof - naarmate ze zich meer zorgen maakten dat verschillende voorstellen en strategieën voor het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen misschien niet zouden lukken. LED-verlichting en elektrische auto's produceren minder broeikasgassen, maar het vermijden van een klimaatcatastrofe vereist meer dan alleen het verminderen van de uitstoot, Zo zei.

"Wetenschappers beginnen in te zien dat deze inspanningen ons niet zullen kunnen houden aan een wereldwijde gemiddelde temperatuurstijging van 1,5 tot 2 graden Celsius. ", zei hij. Dit zijn de doelen die de Verenigde Naties hebben gesteld naar aanleiding van het rapport van het Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering (IPCC) om klimaatrampen te voorkomen. Om binnen deze doelen te blijven, moet de netto-uitstoot in de tweede helft van de eeuw tot nul worden teruggebracht. , zei Suh, die diende als coördinerend hoofdauteur van een deel van het rapport van het panel uit 2014.

Dit leidt tot het concept van een koolstofbudget, namelijk een maximale totale hoeveelheid broeikasgassen die de mens kan uitstoten en toch de opwarming onder de 2 graden Celsius houden. Wetenschappers hebben veel schattingen van dit budget gemaakt, maar een van de meest invloedrijke levert 763 miljard ton CO2 op of het equivalent in andere gassen. Direct, we stoten ongeveer 50 miljard ton CO2 per jaar uit, Zo zei. Dat geeft niet veel speelruimte om mee te werken, of veel tijd om het probleem op te lossen.

"We moeten onze uitstoot van broeikasgassen onmiddellijk drastisch verminderen, "zei Suus.

Echter, hij is van mening dat een te rooskleurige kijk op het potentieel van koolstofafvang ook gevaarlijk is. "Onze studie vertegenwoordigt de eerste wereldwijde beoordeling van het potentieel dat CCU heeft voor koolstofbeperking, en we ontdekten dat er veel nodig is voor CCU om de wereld te redden, " Suh ​​zei. Mensen kunnen niet doorgaan met hun normale gang van zaken in de veronderstelling dat koolstofafvang het probleem oplost, zelfs als we onze doelen missen.

"Meer dan wat dan ook, deze studie toont de enorme hoeveelheid hernieuwbare energie die nodig is om CCU zinvol te maken, " zei Suh. Hij vermoedt dat degenen die de studie lezen zullen afzien van de vereisten, zeggen dat we al die hernieuwbare elektriciteit niet alleen naar CCU kunnen sturen.

"Daar ben ik het mee eens, "zei hij. "Dat is het punt."

Beste waar voor je geld

Als we de enorme hoeveelheid hernieuwbare elektriciteit die in de studie wordt beschreven, hebben toegevoegd, het roept de vraag op of CCU de beste toepassing is van deze extra kracht. Daarom vergeleek het team CCU met alternatieven die mogelijk efficiënter zouden zijn.

Het blijkt dat CCU momenteel niet het meest efficiënte gebruik van hernieuwbare elektriciteit is voor koolstofmitigatie. Deze energie investeren in warmtepompen - in plaats van te vertrouwen op aardgas voor verwarming - zou de grootste reductie van de uitstoot per kilowattuur opleveren, gevolgd door zaken als de elektrificatie van transport en boilers. In feite, het team berekende dat we zo'n 5 petawattuur (5 biljoen kilowattuur) extra hernieuwbare energie in warmtepompen zouden kunnen investeren voordat ze verzadiging bereiken. Pas na al die andere, een efficiënter gebruik van hernieuwbare elektriciteit is uitgeput. Zou het dan zinvol zijn om groene energie te investeren in het opvangen en benutten van koolstof.

Echter, als er extra capaciteit wordt gegenereerd, CCU zou een waardevol hulpmiddel kunnen zijn bij het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen, volgens de wetenschappers. De enorme hoeveelheid op koolstof gebaseerde verbindingen die door de chemische industrie stromen, geeft CCU het potentieel om een ​​buitensporig effect te hebben op het terugdringen van emissies.

"We vonden CCU niet als redder van de mondiale omgeving, "Zo zei, "hoewel het lokaal potentieel kan hebben, waar er een overaanbod van hernieuwbare elektriciteit is zonder duidelijk gebruik."

In dat geval, echter, de geproduceerde volumineuze kunststoffen en chemicaliën zouden naar de markt moeten worden verscheept, waardoor er meer uitstoot ontstaat. In plaats daarvan, de overtollige elektriciteit kan gaan naar het verwerken van gegevens, die veel efficiënter is om over de hele wereld te verzenden, Zo zei. Hij en zijn collega's onderzoeken nu de rol die datacenters en uitbestede computers kunnen spelen bij het verminderen van de uitstoot door zo efficiënt mogelijk gebruik te maken van beschikbare energiebronnen.