Misschien is de beste hoop voor het vertragen van de klimaatverandering - het onder de grond opvangen en opslaan van kooldioxide-emissies - ongrijpbaar gebleven, deels vanwege onzekerheid over de economische haalbaarheid ervan.

In een poging om op dit punt duidelijkheid te verschaffen, onderzoekers van Stanford University en Carnegie Mellon University hebben een schatting gemaakt van de energiebehoefte die gepaard gaat met een kritieke fase van het proces.

Hun bevindingen, gepubliceerd op 8 april in Milieuwetenschap en -technologie, suggereren dat het beheer en de verwijdering van pekel met een hoog zoutgehalte - een bijproduct van efficiënte ondergrondse koolstofvastlegging - aanzienlijke boetes voor energie en emissies zal opleggen. Hun werk kwantificeert deze boetes voor verschillende beheerscenario's en biedt een kader om de aanpak energie-efficiënter te maken.

"Het ontwerpen van enorme nieuwe infrastructuursystemen voor geologische koolstofopslag met waardering voor hoe ze elkaar kruisen met andere technische uitdagingen - in dit geval de moeilijkheid om pekel met een hoog zoutgehalte te beheren - zal van cruciaal belang zijn om de koolstofvoordelen te maximaliseren en de systeemkosten te verlagen, " zei senior auteur Meagan Mauter, een universitair hoofddocent civiele en milieutechniek aan de Stanford University.

Op weg naar een schone, De toekomst van hernieuwbare energie zal niet van de ene op de andere dag gebeuren. Een van de bruggen op dat pad zal betrekking hebben op de uitstoot van kooldioxide - het dominante broeikasgas dat de aarde opwarmt - naarmate het gebruik van fossiele brandstoffen afneemt. Dat is waar koolstofvastlegging om de hoek komt kijken. Hoewel de meeste klimaatwetenschappers het eens zijn over de noodzaak van een dergelijke aanpak, er is weinig duidelijkheid over de volledige levenscycluskosten van infrastructuur voor koolstofopslag.

Zoute uitdaging

Een belangrijk aspect van die analyse is begrijpen hoe we pekel, sterk geconcentreerd zout water dat wordt gewonnen uit ondergrondse reservoirs om de opslagcapaciteit voor koolstofdioxide te vergroten en het risico op aardbevingen te minimaliseren. Zoutreservoirs zijn de meest waarschijnlijke opslagplaatsen voor opgevangen kooldioxide omdat ze groot en alomtegenwoordig zijn, maar de geëxtraheerde pekel heeft een gemiddelde zoutconcentratie die bijna drie keer hoger is dan die van zeewater.

Deze pekels moeten ofwel worden verwijderd via diepe putinjectie of worden ontzilt voor nuttig hergebruik. Het ondergronds pompen - een benadering die is gebruikt voor het afvalwater van de olie- en gasindustrie - is in verband gebracht met een verhoogde frequentie van aardbevingen en heeft geleid tot aanzienlijke publieke reacties. Maar het ontzilten van de pekel is aanzienlijk duurder en energie-intensiever vanwege, gedeeltelijk, aan de efficiëntiegrenzen van thermische ontziltingstechnologieën. Het is een essentieel, complexe stap met een potentieel enorm prijskaartje.

Het grote plaatje

De nieuwe studie is de eerste die de energieboetes en kooldioxide-emissies die betrokken zijn bij pekelbeheer uitgebreid beoordeelt als een functie van verschillende koolstoftransporten, scenario's voor reservoirbeheer en pekelbehandeling in de VS De onderzoekers concentreerden zich op pekelbehandeling in verband met de opslag van koolstof uit kolengestookte elektriciteitscentrales, omdat dit de grootste bronnen van koolstofdioxide van het land zijn, de meest kosteneffectieve doelen voor koolstofafvang en hun locaties zijn over het algemeen representatief voor de locatie van koolstofdioxidepuntbronnen.

Misschien niet verwonderlijk, de studie vond hogere energiestraffen voor scenario's voor pekelbeheer die prioriteit geven aan behandeling voor hergebruik. In feite, pekelbeheer zal de grootste energieboete na opvangen en comprimeren opleggen per ton kooldioxide, tot een orde van grootte groter dan koolstoftransport, volgens de studie.

"Er is geen gratis lunch, " zei hoofdauteur Timothy Bartholomew, een voormalige afgestudeerde student civiele en milieutechniek aan de Carnegie Mellon University die nu werkt voor KeyLogic Systems, een aannemer voor het National Energy Technology Laboratory van het Department of Energy. "Zelfs geconstrueerde oplossingen voor koolstofopslag zullen energieboetes opleggen en resulteren in enige koolstofemissies. Als gevolg hiervan, we moeten deze systemen zo efficiënt mogelijk ontwerpen om hun CO2-reductievoordelen te maximaliseren."

De weg vooruit

Oplossingen kunnen binnen handbereik zijn.

Het energieverlies van pekelbeheer kan worden verminderd door prioriteit te geven aan opslag in reservoirs met een laag zoutgehalte, het minimaliseren van de pekelextractieverhouding en het beperken van de mate van pekelterugwinning, volgens de onderzoekers. Ze waarschuwen, echter, dat deze benaderingen hun eigen afwegingen voor transportkosten met zich meebrengen, energie boetes, opslagcapaciteit van reservoirs en veilige snelheden van kooldioxide-injectie in ondergrondse reservoirs. Het evalueren van de afwegingen zal van cruciaal belang zijn voor het maximaliseren van de beperking van de kooldioxide-emissie, het minimaliseren van financiële kosten en het beperken van externe milieueffecten.

"Er zijn watergerelateerde implicaties voor de meeste diepe decarbonisatieroutes, " zei Mauter, die ook een fellow is bij het Stanford Woods Institute for the Environment. "De sleutel is om deze beperkingen voldoende gedetailleerd te begrijpen om eromheen te ontwerpen of technische oplossingen te ontwikkelen die hun impact verminderen."