Vorige week, de media meldden dat de kooldioxide in de atmosfeer het hoogste niveau in meer dan 4 miljoen jaar heeft bereikt. Kooldioxide in de atmosfeer is een van de belangrijkste oorzaken van de opwarming van de aarde. De daling van broeikasgassen die gepaard ging met minder reizen tijdens de pandemie was een vluchtige uitbraak in de grotere trend van antropogene klimaatverandering - klimaatverandering gedreven door menselijke activiteiten. Een reden hiervoor zijn bepaalde industrieën, die nog steeds broeikasgassen uitstoten.

Een technologie die "directe luchtafvang" wordt genoemd, kan letterlijk koolstofdioxide uit de lucht zuigen. Mihri Ozkan, een UC Riverside hoogleraar elektrische en computertechniek, publiceerde onlangs een commentaar op directe luchtvangst. Ze is de hoofdorganisator van het EN13 -Climate Change and Mitigation Technologies Symposium dat later dit najaar zal focussen op technologieën voor directe luchtafvang. Hier, Professor Ozkan beantwoordt enkele vragen over de haalbaarheid van directe luchtafvang.

V:Waarom is industrieel kooldioxide, of CO ₂ , moeilijk te elimineren?

A:Volgens het Mauna Loa Observatorium in Hawaï, atmosferische CO ₂ niveaus zijn tegenwoordig gestegen tot een gemiddelde van bijna 420 delen per miljoen. Dat is 50% hoger dan voor de Industriële Revolutie, wanneer de niveaus 280 ppm waren. Helaas, bijna 1,9 miljard ton industriële CO ₂ emissies per jaar niet kunnen worden vermeden met behulp van meer haalbare productietechnologieën. Industriële processen met aanzienlijke CO ₂ emissies die moeilijk te vermijden zijn, zijn het maken van cement, aardgas verwerking, de productie van ijzer, staal, ammoniak/ureum en biobrandstof, en verschillende petrochemische processen die chemicaliën produceren, kunststoffen, en vezels.

Vraag:U hebt onlangs gepubliceerd over de haalbaarheid van het rechtstreeks opvangen van koolstofdioxide door de lucht om het uit de atmosfeer te verwijderen. Kun je samenvatten hoe deze technologieën werken?

A:Directe luchtopname, of DAC, van CO ₂ kan helpen om moeilijk te vermijden emissies aan te pakken, zoals de emissies die ik hierboven heb genoemd. In simpele termen, DAC gebruikt vloeibare of vaste sorptiemiddelen om CO . af te vangen ₂ rechtstreeks uit de atmosfeer. Lucht komt eerst binnen via de inlaten en gaat door de contactors, waar CO ₂ wordt gevangen. Later, gevangen CO ₂ wordt vrijgegeven voor permanente opslag of hergebruik in verschillende industriële toepassingen.

V:Wat zijn de mogelijke milieu- en financiële kosten, en de voordelen van directe luchtafvang?

A:Kapitaalkosten voor apparatuur en commercialiseringskosten zijn de belangrijkste overwegingen voor DAC-fabrieken. Voor systemen op basis van vloeibare oplosmiddelen, het grootste deel van de kapitaaluitgaven zijn contactorarrays voor het scheiden van gassen, oxy-gestookte calciner - een type oven dat wordt gebruikt om CO . te verwijderen ₂ van vaste materialen - slaker, bijtende, bezink- en condensorunits. Voor het op vaste sorbens gebaseerde systeem, ongeveer 80% van het kapitaal wordt geassocieerd met met stikstof gefunctionaliseerde poreuze materialen, en de rest wordt geassocieerd met de met zuurstof gestookte calciner, vacuum pomp, en warmtewisselaar.

Op vloeibare oplosmiddelen gebaseerde systemen kosten iets meer om te werken dan de op vaste sorbens gebaseerde systemen. Dit komt voornamelijk door de hoge energiebehoefte wanneer het sorptiemiddel of oplosmiddel wordt verwarmd om de CO . te verwijderen ₂ en klaar voor hergebruik, samen met de elektriciteit die nodig is om de ventilatoren te laten werken.

Land- en waterverbruik zijn verdere overwegingen voor DAC. Voor een moderne DAC-technologie met vloeibaar oplosmiddel om 1 ton CO . af te vangen ₂ , het systeem verbruikt bijna 1-7 ton water. In aanvulling, een moderne DAC-installatie die geothermisch wordt aangedreven en met een afvangcapaciteit van 1 ton per jaar vereist een landoppervlak tussen 0,2 en 0,6 vierkante kilometer (of ongeveer 0,1 tot 0,4 vierkante mijl). Hoewel DAC geen bouwland nodig heeft, de grootte van het benodigde land kan veranderen op basis van het type energievoorzieningssysteem dat bij operaties wordt gebruikt.

V:Is directe luchtafvang een goede optie om de industrie snel koolstofarm te maken?

een:Op dit moment, met de huidige status van DAC-technologie, het kan helpen om de uitstoot van moeilijk te decarboniseren sectoren te compenseren. Om wereldwijde doelen te bereiken—verwijdering van 1, 000 gigaton CO ₂ tegen 2100 — met alleen DAC, bijna 13, 000 DAC-installaties met 1 ton CO ₂ per jaar capaciteit nodig zijn vandaag. We zouden wereldwijd een kapitaalinvestering van bijna $ 1,7 biljoen nodig hebben. Om die reden, andere negatieve-emissietechnologieën moeten worden overwogen waar deze betaalbaarder en effectiever zijn.

V:Wat zijn enkele maatregelen die overheden en industrieën zouden moeten nemen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen?

A:Particuliere belegger, regering, en bedrijfsinvesteringen kunnen helpen om de hoge kapitaalkosten van de DAC-projecten te dekken en kunnen ook helpen om de bestaande afvangcapaciteit van fabrieken op te schalen. Nutsvoorzieningen, er zijn nieuwe initiatieven van over de hele wereld vanuit de regeringen. In de VS, het 45Q-belastingkredietprogramma moedigt bedrijven aan om groen te gaan. Om klimaatcrises te voorkomen, we moeten alle sectoren koolstofarm maken. Overheden over de hele wereld moeten beleid voeren om in deze richting te gaan, vooral degenen die sterk geïndustrialiseerd zijn.

V:Uw onderzoek is gericht op het ontwikkelen van duurzame energieopslag en -bronnen, vaak gebruik van gerecyclede of onschadelijke materialen, zoals zand, paddestoelen, en plastic flessen. Waar ben je nu mee bezig?

A:Mijn onderzoek richt zich op elektrificatie van transport; daarom richten we ons op het ontwikkelen van game changer-ideeën bij het maken van lithium-ionbatterijen. Het totale aantal elektrische voertuigen in 2030 zal naar verwachting bijna 10 keer zo groot zijn als nu. Er is een "Battery Rush" begonnen! Onze onderzoeksgroep onderzoekt manieren om lithium-ionbatterijen duurzamer te maken door natuurlijke, hernieuwbare bronnen en afvalmaterialen zoals plastic en glas. We richten ons ook op nieuwe solid-state en onconventionele batterijen.