Vid sidan av utsläppsminskningar kan negativa utsläpp bli ett viktigt verktyg mot klimatförändringar – att binda frisläppt kol och lagra det under jorden. Ett sätt är att låta växande grödor stå för infångningen. Det finns teknik – dyr och krävande, men under utveckling.

I och med insikten att industrialiseringen gick att driva med kol, olja och naturgas öppnade vi samtidigt en pandoras ask som legat infattad i jordskorpan sedan urminnes tider. Hittills har över 600 miljarder ton kol sluppit lös ur asken och strömmat ut i atmosfären. Vi försöker lägga på locket – men tänk om det fanns ett sätt att gå längre än så, och stoppa tillbaka kolet igen? Det må låta som ett lika fåfängt företag som Pandoras egna ångerfulla försök – men många menar att det finns hopp.

Negativa utsläpp i parisavtalet

Den fjärde november träder parisöverenskommelsen i kraft, efter att en majoritet av världens länder formellt ställt sig bakom att utsläppen snarast ska vända nedåt och minskas mycket snabbt till 2050. Därefter ska det inte finnas några nettoutsläpp – en kalkyl baserad på att de utsläpp som fortfarande görs ska neutraliseras av negativa utsläpp, att koldioxid från atmosfären kan bindas i sänkor.

Principen för BECCS.

Principen för BECCS.

Teoretiskt kan det innebära att koldioxiden absorberas direkt ur atmosfären och förs till lager i berggrunden. Till exempel utvecklas sådan teknik av de tre uppstartsföretagen Carbon Engineering, Global Thermostat och Climeworks. En troligare väg är infångning vid utsläppskällan, att samla in koldioxiden i anslutning till de processer där den frigörs. Om det görs vid fossila kraftverk talar man om CCS, koldioxidinfångning och lagring. Koldioxidlagring från biomassa kallas BECCS (bio-energy with carbon capture and storage). Båda bygger i övrigt på samma teknik.

Teknik beprövad i mindre skala

För att koldioxiden ska kunna lagras behöver den skiljas av från rökgaserna den är utblandad i, och koncentreras. Den separerade koldioxiden komprimeras till ett tryck motsvarande det på mer än tusen meters djup. Då är den flytande, och kan transporteras till lagringsplatsen med exempelvis fartyg eller pipeline. De tänkta lagringsplatserna är samma typ av porösa bergformationer som i årmiljoner inneslutit de fossila bränslena. Det kan till exempel röra sig om saltvattensakviferer – porös sandsten fylld med saltvatten. Akviferen måste ligga under ett lager av tätare bergart som lera eller skiffer, så att koldioxiden inte kan sippra upp igen. Koldioxiden pumpas ned till 1000 – 3000 meters djup, och löser sig i saltvattnet. Så småningom bildas karbonatmineral, som binder koldioxiden för lång tid på ett stabilt sätt.

Under sommaren 2016 blev Kraftverket Hellisheidi på Island omskrivet tack vare överraskande goda forskningsresultat med mineralisering. Vattenlöst koldioxid pumpades djupt ned i porös basalt, där den inom loppet av månader mineraliserades till kalksten genom att reagera med kalcium och magnesium. Det oväntat snabba förloppet gör att basaltformationer kan bli särskilt intressanta lagringsplatser för att minimera läckageriskerna.

Flera metoder finns

Det finns några olika typer av processer för avskiljningen. Pre-combustion innebär att bränslet delas upp i väte och koldioxid innan  förbränning, genom exempelvis förgasning. Oxyfuel-förbränning sker i rent syre istället för luft, vilket ger koldioxidrika rökgaser som kan fångas direkt. En variant på detta är chemical looping, där syret tillförs i form av en metalloxid istället för i ren form.

Vanligast är dock post-combustion, att skrubba koldioxiden ur rökgaserna efter förbränningen. I dagens anläggningar tvättas ofta gaserna med en aminbaserad flytande absorbent. Ett fast material som binder in koldioxid i ytan kan också användas, och något som verkar lovande inför framtiden är så kallade metallorganiska ramverksföreningar, som bildar porösa och ordnade strukturer med stor upptagningsyta. Membran som bara släpper igenom CO2 är en annan avskiljningsmetod vid fronten av teknikutvecklingen. Bättre membranteknik tros kunna ge stora effektiviseringar i framtiden.

Avskiljning som ger energi

Bränsleceller kopplade till rökgasströmmar kan producera el medan koldioxid koncentreras som bieffekt.

Bränsleceller kopplade till rökgasströmmar kan producera el medan koldioxid koncentreras som bieffekt.

ExxonMobil och bränslecellstillverkaren FuelCell Energy har ett annat intressant koncept. Det baseras på karbonatbränsleceller, som använder väte från naturgas som bränsle för att generera el, med luft som reaktionsmedel. Men om man istället för luft matar bränslecellen med koldioxidhaltiga rökgaser, blir effekten att den utspädda koldioxiden sugs upp ur gasströmmen, förflyttas mellan bränslecellens elektroder och högkoncentreras på andra sidan där den lätt kan tas tillvara. Istället för att bara parasitera på kraftverkets produktion, som ett vanligt skrubbningssteg gör, ger bränslecellen samtidigt ett eget tillskott till elproduktionen. Tekniken fungerar i laboratorieskala, men det kommer att krävas avsevärt större bränsleceller för praktiskt bruk.

Koldioxid som råvara

Skrubbningstekniken används redan på flera ställen. I Sleipnerfältet i Nordsjön har sedan 1996 en miljon ton koldioxid om året skrubbats från naturgas och lagrats. Men även om teknik finns är kostnaden ännu hög, och det krävs mycket energi: att driva infångningen kan förbruka en tredjedel av energin som fås ut i förbränningssteget. För att få ekonomi i det hela återvinner vissa av försöksanläggningarna kolet och använder det som råvara istället för att lagra det geologiskt – så kallad CCU (carbon capture and utilization).

CCS-anläggningen Petra Nova som snart öppnas vid ett kolkraftverk utanför Houston kommer att bli den största hittills. Där ska koldioxiden skrubbas ur rökgaserna och pumpas ned i sinade oljekällor. Koldioxiden blir kvar i reservoaren, men trycket som skapas driver upp ytterligare olja för utvinning, en process kallad EOR (enhanced oil recovery). Klimatnyttan i att använda koldioxiden så är förstås tveksam, men det skapar en kommersiell grund för CCS-tekniken att utvecklas från, och som pilotanläggning kan den spela en viktig roll.

I augusti öppnades en CCU-anläggning i ett kraftvärmeverk i Saga i Japan, där skrubbad koldioxid ska användas för att odla alger, och i Luleå testar forskare en enzymbaserad process för att samla in koldioxid från SSAB:s stålverk och omvandla den till myrsyra för industriellt bruk. Koldioxiden kan också bli råvara för syntetiska flytande bränslen. Ofta krävs dyra och sällsynta katalysatormaterial, men nyligen gjordes ett oväntat framsteg av forskare på Oak Ridge National Laboratory i USA som väckt hopp om konkurrenskraftig bränsletillverkning i stor skala. Forskarna provade en katalysator som var tänkt att utgöra ett första delsteg bland många i processen att konvertera koldioxid till etanol, men det visade sig att katalysatorn – en nanostruktur av kol, kväve och koppar – utförde hela reaktionen till etanol i ett enda steg.

Växande biomassa fångar kol

Koldioxidflödet från olika tekniker.

Koldioxidflödet från olika tekniker.

Medan CCS kan göra fossil förbränning koldioxidneutral, kan BECCS skapa negativa utsläpp som drar koldioxid ur atmosfären. Då överlåter man själva insamlingen till plantager, skogar eller ökad planktonproduktion i haven. Växande biomassa tar upp kol och använder det som byggsten, men när den förbränns eller bryts ned återgår kolet till atmosfären. Tanken är att bryta kretsloppet genom att fånga in den frigjorda koldioxiden vid biobränsleeldade kraftverk, industrier, etanolfabriker och biogasanläggningar, och injicera den djupt under marken i lämpliga geologiska formationer.

Ett första BECCS-projekt finns i Illinois, USA, där koldioxiden från etanolproduktion samlas in och led ned i en porös sandstensformation. Kapaciteten är nu omkring en miljon ton årligen. Svenska företaget Biorecro är en av samarbetsaktörerna, och deltar också i flera andra projekt som är på gång.

Om BECCS håller måttet som storskalig lösning har ifrågasatts, bland annat på grund av de stora landarealer som skulle behövas. Enligt uppskattningar kan en yta motsvarande Indien behöva reserveras för att producera biomassa – samtidigt som behovet av odlingsmark ökar. I global skala blir det också stora logistiska utmaningar att lösa transporten av koldioxiden.

Hur koldioxidinfångning ska kommersialiseras är också en nöt att knäcka. För att gå från CCU till geologisk lagring måste klimatstädningen det innebär vägas in i värderingen. Även om man hittar ett sätt att skala upp tekniken så mycket att det gör verklig skillnad, måste man också finna något sätt att fördela notan.

Men även om utmaningarna verkar stora måste man komma ihåg att det är en teknik i sin linda. När tekniken skalas upp och börjar etableras blir den billigare, och man samlar erfarenheter som driver innovation och effektivisering. Om CCU-projekten idag kan sätta igång teknikutveckling på allvar av spår som karbonatbränsleceller, membran och metallorganiska ramverksföreningar, och kostnadsutvecklingen börjar likna den vi sett för vind- och solkraftsteknik, så kan den idag höga tröskeln för geologisk lagring och verkligt negativa utsläpp snart bli lägre.

Artikeln publicerades i november 2016.