Warmtevasthoudend kooldioxide uit de lucht halen en er bruikbare producten van maken, een concept genaamd koolstofafvang en -gebruik, heeft het potentieel om zowel ecologische als economische voordelen te bieden.

Volgens enkele optimistische schattingen CCU zou tegen 2030 een jaarlijkse omzet van meer dan $ 800 miljard kunnen genereren en de klimaatveranderende uitstoot van kooldioxide met maximaal 15% kunnen verminderen. Afgevangen CO ₂ kunnen worden gebruikt om beton en andere bouwmaterialen te maken, brandstoffen, kunststoffen, en diverse chemicaliën en mineralen die in de industrie worden gebruikt, landbouw, geneeskunde en elders.

Maar welke van deze producten zou het klimaat het meest helpen? Tot nu, er is geen uitgebreide studie geweest waarin de klimaatvoordelen van een volledige reeks potentiële CCU-afgeleide producten zijn vergeleken.

Een nieuwe studie van de Universiteit van Michigan vult die kritieke leemte door 20 mogelijke toepassingen van opgevangen koolstofdioxide te analyseren in drie categorieën:beton, chemicaliën en mineralen - en rangschik ze op klimaatvoordeel. Eerdere studies toonden aan dat het gebruik van CCU om producten in die drie categorieën te maken het potentieel heeft om tegen 2050 tot 6,2 gigaton koolstofdioxide per jaar te verbruiken.

De UM-onderzoekers ontdekten dat slechts vier van de 20 "CCU-routes" die ze analyseerden - twee die CO . gebruiken ₂ om beton te maken en twee die het gebruiken om chemicaliën te maken, hebben een kans van meer dan 50% om een ​​netto klimaatvoordeel te genereren. Een netto klimaatvoordeel betekent dat de vermeden uitstoot door het gebruik van CCU-technologie groter is dan de uitstoot die wordt gegenereerd bij het afvangen van de CO ₂ en het maken van het eindproduct.

De studie, uitgevoerd door onderzoekers van het Centre for Sustainable Systems van de UM's School for Environment and Sustainability en van de UM Department of Mechanical Engineering, werd op 22 augustus online gepubliceerd in het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie .

"Beslissingen om CCU-activiteiten wereldwijd op te schalen, vereisen begeleiding bij het identificeren van producten die de klimaatvoordelen van het gebruik van afgevangen CO . maximaliseren ₂ , " zei hoofdauteur Dwarak Ravikumar, een voormalig postdoctoraal onderzoeker bij UM's Centre for Sustainable Systems die nu bij het National Renewable Energy Laboratory is.

"Onze ranglijsten zullen helpen bij het prioriteren van R&D-strategieën voor producten met het grootste klimaatvoordeel, terwijl paden worden vermeden die een aanzienlijke klimaatbelasting met zich meebrengen en die weinig hoop op verbetering bieden, ' zei Ravikumar.

De nieuwe studie toonde ook aan dat, op dit moment, elektriciteit geproduceerd uit hernieuwbare bronnen zoals wind leidt vaak tot een groter klimaatvoordeel als het aan het net wordt geleverd om de uitstoot van fossiele brandstoffen te compenseren, in plaats van te worden gebruikt om CCU-producten te maken. Dat zal in de loop van de tijd veranderen naarmate fossiele brandstoffen geleidelijk worden uitgefaseerd, volgens de auteurs van de studie.

"Momenteel, er is een grotere kans om de koolstofemissies te verminderen door hernieuwbare energiebronnen te gebruiken om op fossiele brandstoffen gebaseerde elektriciteitsopwekking te vervangen dan door te investeren in veel van de CCU-technologieën, " zei studie co-auteur Greg Keoleian, directeur van het Centrum voor Duurzame Systemen.

"Deze studie is belangrijk voor het prioriteren en begeleiden van de toekomstige ontwikkeling en inzet van CCU-technologieën, vooral naarmate de energievoorziening koolstofarmer wordt, ' zei Keoleian.

Op het gebied van koolstofafvang en -gebruik, kooldioxidegas kan ofwel uit rookgassen worden gehaald bij faciliteiten zoals elektriciteitscentrales en cementfabrieken, of het kan uit de omgevingslucht worden verwijderd via een proces dat directe luchtvangst wordt genoemd. In de U-M-studie de kooldioxide wordt verondersteld te zijn opgevangen uit een aardgascentrale.

In hun studie hebben de U-M-onderzoekers bepaalden de koolstofdioxidevoetafdruk van de levenscyclus van de materialen en energie die nodig zijn om de CCU-producten te maken, vergeleek die waarden vervolgens met de materialen en energie die nodig zijn om conventionele versies van die producten te maken. Ze ontwikkelden een klimaatrendement op investering om de CCU-producten te rangschikken en te prioriteren.

De vier CCU-routes met een kans van meer dan 50% om een ​​netto klimaatvoordeel te genereren, omvatten twee methoden die koolstofdioxide gebruiken om beton te mengen, een methode om mierenzuur te produceren door de hydrogenering van kooldioxide, en een methode om koolmonoxide te maken uit methaan.

Mierenzuur wordt gebruikt als conserveermiddel en antibacterieel middel in veevoer en wordt gebruikt om leer te looien en textiel te verven. Koolmonoxide wordt gebruikt in verschillende industriële processen, waaronder synthetische chemische productie en metallurgie.

"Terwijl we vier technologieën belichten, veel van de andere die in onze studie aan de orde komen, zullen onder de juiste randvoorwaarden een klimaatvoordeel opleveren en de producten genereren die we nodig hebben. Alleen zijn de mogelijkheden om deze voordelen te behalen beperkter. In dit onderzoek, dat wordt uitgedrukt als de kans op een klimaatvoordeel, " zei studie co-auteur Volker Sick, een UM-hoogleraar werktuigbouwkunde en directeur van de Global CO ₂ Initiatief.

CCU onderscheidt zich van koolstofafvang en -vastlegging (CCS), waarbij koolstofdioxide wordt opgezogen en ondergronds wordt begraven.