Om de temperatuur op aarde te stabiliseren, is een sterke reductie van koolstofdioxide (CO .) nodig ₂ ) uitstoot wereldwijd. Recente geïntegreerde beoordelingen van de wereldwijde klimaatverandering tonen aan dat CO ₂ emissies moeten tegen het midden van de eeuw de nul naderen om te voorkomen dat de klimaatdoelstelling van 1,5 ° C wordt overschreden. Echter, "toegezegde emissies, " die emissies die worden geprojecteerd door bestaande infrastructuur voor fossiele brandstoffen die werken zoals ze in het verleden hebben gedaan, dreigen al met dat doel van 1,5°C. Aangezien de gemiddelde levensduur van een kolencentrale meer dan 40 jaar is, voorgestelde of in aanbouw zijnde elektriciteitscentrales dragen alleen maar bij aan die last, het verder vergroten van de uitdaging om tegen 2050 een netto-nuluitstoot te bereiken.

De verregaande decarbonisatie die nodig is voor netto-nul-emissies, vereist dat de bestaande en voorgestelde infrastructuur voor fossiele energie een van twee wegen volgt:ofwel voortijdig met pensioen gaan of hun emissies opvangen en opslaan, waardoor hun vrijlating in de atmosfeer wordt voorkomen. Afvang en opslag van koolstof (CCS), vertegenwoordigt het enige belangrijke haalbare pad voor fossiele brandstofcentrales om netto nul te zijn, kort om te worden gesloten.

In een Viewpoint-artikel dat onlangs is gepubliceerd in Milieuwetenschap en -technologie , Haibo Zhai schetst hoe de VS en China, de twee grootste uitstoters ter wereld, hun toegewijde emissies moeten aanpakken. "In beide landen CCS-aanpassingen aan bestaande infrastructuur zijn essentieel om emissies tot nul terug te brengen, " zei Zhai, een Associate Research Professor of Engineering and Public Policy aan de Carnegie Mellon University. Echter, verschillen in de vloot van elektriciteitscentrales en de energiemix in de twee landen wijzen op afzonderlijke routes voor het bereiken van verregaande decarbonisatie.

In de VS, het energielandschap is de afgelopen twee decennia ingrijpend veranderd. Steenkool was gedurende het grootste deel van de twintigste eeuw de dominante bron van elektriciteit (51% van de totale elektriciteitsopwekking in 2000), maar is onlangs verdrongen door goedkoop en overvloedig aardgas en de groei van hernieuwbare energiebronnen. Steenkool was goed voor slechts 27% van de Amerikaanse stroomopwekking in 2019. De daling van steenkool zal naar verwachting aanhouden ten gunste van goedkopere alternatieven, vanwege de relatief oude (40 jaar) en inefficiënte (32% efficiëntie) vloot van kolencentrales in de VS.

Zhai ziet CCS-retrofits voor Amerikaanse kolencentrales niet als een vlootbrede benadering van decarbonisatie, hoewel er potentieel is voor gedeeltelijke afvang in de meest efficiënte fabrieken. De ontwikkeling van CCS moet in plaats daarvan gericht zijn op retrofits van aardgasinstallaties met een gecombineerde cyclus. "Aardgas heeft geholpen de koolstofintensiteit van de Amerikaanse energiesector te verminderen, maar deze golf van nieuwe gascentrales vertegenwoordigt nog steeds een aanzienlijke hoeveelheid vastgelegde emissies, ' zei Zhai.

China is het tegenovergestelde van de VS in termen van zijn energiemix en zijn infrastructuur voor fossiele energie. Steenkool levert bijna 65% van de elektriciteit van het land. Kolencentrales in China hebben een gemiddelde leeftijd van slechts 12 jaar en een veel hogere efficiëntie (vaak meer dan 40%) in vergelijking met de VS. "Zo'n jonge vloot zal waarschijnlijk niet snel worden uitgefaseerd, "zei Zhai. "Elk pad voor China om verregaande decarbonisatie te bereiken, moet CCS-retrofits aan zijn recent gebouwde kolencentrales omvatten."

Ondanks de noodzaak van CCS, de technologie is niet op grote schaal bewezen en blijft erg kostbaar. Er zijn momenteel slechts twee commerciële CCS-projecten in de wereld actief:Petra Nova in de VS en Boundary Dam in Canada. De huidige CCS-technologieën hebben hoge energie- en kapitaalkosten in verband met het scheiden van CO ₂ uit procesafvalstromen.

CCS, volgens Zhai, zit momenteel op het steile deel van de 'leercurve'. Met elke technologie zijn first-of-a-kind implementaties altijd duur. Echter, branchebreed leren - door technologische ontwikkelingen zoals verbeterde scheidingsmaterialen en -processen, uitbreiding van de toeleveringsketen, en toename van de operationele efficiëntie, waardoor laatstgenoemde implementaties goedkoper worden. Door de leercurve naar beneden te gaan, ontstaat er een soort kip-en-ei-dilemma voor CCS:breed inzetbaar, het moet goedkoop zijn. En om CCS goedkoop te laten zijn, het moet zijn ingezet.

Daarom, er is een sterke reden dat regeringen de vroege invoering van CCS moeten stimuleren door middel van regelgevende, economisch, en beleidsmiddelen, betoogt Zhai. Hij wijst op casestudies van andere koolstofarme technologieën, zoals fotovoltaïsche zonnepanelen, die na prikkels kostenconcurrerend zijn geworden, hielpen de hoge initiële kosten te verlagen. Omdat vroege implementatie vereist is om toekomstige implementatie economisch te maken, de tijd om te handelen is nu, hij zegt.

"Als je het uitgangspunt accepteert dat toegewijde emissies een probleem zijn, er is geen andere keuze dan CCS, " zei hij. "En er zijn stimulansen nodig om de implementatie van CCS op de schaal te starten die nodig is om het probleem aan te pakken."

In de VS, Zhai wijst op prikkels voor het achteraf uitrusten van aardgasgestookte centrales met CCS, verwachten dat de marktkrachten de toegezegde emissies van kolencentrales aanpakken, terwijl de verouderende kolenvloot steeds verder afbouwt. Het artikel van Zhai wijst op een belastingvermindering voor koolstofvastlegging in de VS als een belangrijke beleidshefboom om deze CCS-inspanningen te stimuleren.

In China, anderzijds, De ontwikkeling van CCS voor retrofits van kolencentrales zou de belangrijkste focus moeten zijn. Daar, Zhai merkt op dat het nationale emissiehandelssysteem, waar uitstoters CO . kunnen kopen of verkopen ₂ emissierechten, zal de belangrijkste beleidshefboom zijn die de ontwikkeling van mitigatietechnologieën kan stimuleren. In beide gevallen, de huidige hoge kosten van CCS wijzen op het overheidsbeleid als een belangrijke stap in het overwinnen van de dure beginfasen van de invoering.

Belangrijke nevenvoordelen van het stimuleren van CCS-ontwikkeling voor bestaande infrastructuur voor fossiele brandstoffen zijn de rol die CCS waarschijnlijk zal spelen in bepaalde negatieve-emissietechnologieën (NET's) en een verminderde afhankelijkheid van dure NET's in de toekomst. Bio-energie met CCS (BECCS), bijvoorbeeld, wordt geschetst als de meest prominente NET-optie. Echter, een belangrijk subsysteem voor elke BECCS is CCS. CCS nu ontwikkelen, betoogt Zhai, betekent dat BECCS klaar zal zijn om de wereldwijde klimaatverandering in de toekomst aan te pakken.