Wat als het mogelijk zou zijn om alle schadelijke verontreinigende stoffen gewoon uit de lucht te zuigen, zodat ze niet zo hinderlijk zouden zijn? Wat als het ook mogelijk zou zijn om deze luchtverontreinigende stoffen weer om te zetten in fossiele brandstoffen, of mogelijk ecologisch vriendelijke biobrandstoffen? Wel, dan zouden we ons veel minder zorgen kunnen maken over smog, aandoeningen van de luchtwegen en de effecten die hoge concentraties van deze gassen op de planeet hebben.
Dit is de basis van Carbon Capture, een relatief nieuw concept waarbij koolstofdioxide wordt opgevangen bij puntbronnen - zoals fabrieken, aardgascentrales, brandstofcentrales, grote steden of elke andere plaats waar bekend is dat er grote concentraties CO² worden aangetroffen . Deze CO² kan vervolgens worden opgeslagen voor toekomstig gebruik, worden omgezet in biobrandstoffen of gewoon weer in de aarde worden gebracht zodat deze niet in de atmosfeer terechtkomt.
Omschrijving:
Net als veel andere recente ontwikkelingen maakt koolstofafvang deel uit van een nieuwe reeks procedures die gezamenlijk bekend staan als geo-engineering. Het doel van deze procedures is om het klimaat te veranderen om de effecten van de opwarming van de aarde tegen te gaan, in het algemeen door een van de belangrijkste broeikasgassen aan te pakken. De technologie bestaat al geruime tijd, maar pas in de afgelopen jaren is ze voorgesteld als middel om klimaatverandering tegen te gaan.
Momenteel wordt koolstofafvang meestal gebruikt in fabrieken die afhankelijk zijn van verbranding van fossiele brandstof om elektriciteit op te wekken. Dit proces wordt op een van de drie basismanieren uitgevoerd: naverbranding, voorverbranding en autogeenverbranding. Bij naverbranding wordt CO2 verwijderd nadat de fossiele brandstof is verbrand en wordt omgezet in een rookgas, dat bestaat uit CO2, waterdamp, zwaveldioxiden en stikstofoxide.
Wanneer de gassen door een schoorsteen of schoorsteen reizen, wordt CO² opgevangen door een 'filter' dat in feite bestaat uit oplosmiddelen die worden gebruikt om CO2 en waterdamp te absorberen. Deze techniek is effectief omdat dergelijke filters achteraf kunnen worden aangebracht op oudere fabrieken, waardoor de noodzaak van een dure revisie van de energiecentrale wordt vermeden.
Voordelen en uitdagingen:
De resultaten van deze processen zijn tot dusver bemoedigend geweest - met de mogelijkheid dat tot 90% van de CO² uit de emissies wordt verwijderd (afhankelijk van het type installatie en de gebruikte methode). Er bestaat echter bezorgdheid dat sommige van deze processen bijdragen aan de totale kosten en het energieverbruik van energiecentrales.
Volgens het rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) uit 2005 variëren de extra kosten van 24 tot 40% voor kolencentrales, 11 tot 22% voor aardgascentrales en 14 tot 25% voor kolengebaseerde vergassing gecombineerde cyclus systemen. Het extra stroomverbruik zorgt ook voor meer uitstoot.
Bovendien, terwijl CC-operaties CO² drastisch kunnen verminderen, kunnen ze andere verontreinigende stoffen aan de lucht toevoegen. De hoeveelheden verontreinigende stoffen zijn afhankelijk van de technologie en variëren van ammoniak en stikstofoxiden (NO en NO²) tot zwaveloxiden en zwaveloxiden (SO, SO², SO³, S²O, S²O³ enz.). Onderzoekers ontwikkelen echter nieuwe technieken waarvan zij hopen dat ze zowel de kosten als het verbruik verminderen en geen extra verontreinigende stoffen genereren.
Voorbeelden:
Een goed voorbeeld van het Carbon Capture-proces is het Petro Nova-project, een kolencentrale in Texas. Deze fabriek werd in 2014 door het Amerikaanse Ministerie van Energie (DOE) geüpgraded om plaats te bieden aan de grootste koolstofafvangoperatie na verbranding ter wereld.
Bestaande uit filters die de emissies zouden opvangen, en infrastructuur die het terug in de aarde zou plaatsen, schat de DOE dat deze operatie 1,4 miljoen ton CO zal kunnen opvangen2 die eerder in de lucht zouden zijn vrijgelaten.
Bij voorverbranding wordt CO² gevangen voordat de fossiele brandstof zelfs wordt verbrand. Hier wordt kolen, olie of aardgas verhit in pure zuurstof, wat resulteert in een mix van koolmonoxide en waterstof. Dit mengsel wordt vervolgens behandeld in een katalysator met stoom, die vervolgens meer waterstof en kooldioxide produceert.
Deze gassen worden vervolgens in kolven gevoerd waar ze worden behandeld met amine (dat bindt met CO² maar niet met waterstof); het mengsel wordt vervolgens verwarmd, waardoor de CO² stijgt waar het kan worden opgevangen. In het laatste proces (oxy-fuel verbranding) wordt fossiele brandstof verbrand in zuurstof, wat resulteert in een gasmengsel van stoom en CO². De stoom en kooldioxide worden gescheiden door de gasstroom te koelen en samen te persen, en eenmaal gescheiden wordt de CO² verwijderd.
Andere inspanningen om koolstof op te vangen zijn onder meer het bouwen van stedelijke constructies met speciale voorzieningen om CO² uit de lucht te halen. Voorbeelden hiervan zijn de Torre de Especialidades in Mexico-Stad - een ziekenhuis dat wordt omgeven door een gevel van 2500 m² bestaande uit Prosolve370e. Deze speciaal gevormde gevel, ontworpen door het Berlijnse bedrijf Elegant Embellishments, kan lucht door zijn roosters leiden en vertrouwt op chemische processen om smog uit te filteren.
China's Phoenix Towers - een gepland project voor een reeks torens in Wuhan, China (dat ook de hoogste ter wereld zal worden) - zal naar verwachting ook worden uitgerust met een CO2-afvangoperatie. Als onderdeel van de visie van de ontwerper om een gebouw te creëren dat zowel indrukwekkend hoog als duurzaam is, omvatten deze speciale coatings aan de buitenkant van de structuren die CO² uit de lokale stadslucht zullen trekken.
Dan is er het idee voor 'kunstmatige bomen', dat naar voren werd gebracht door professor Klaus Lackner van de afdeling Earth and Environmental Engineering van Columbia University. Bestaande uit plastic schijfjes die bedekt zijn met een hars die natriumcarbonatie bevat - die in combinatie met koolstofdioxide natriumbicarbonaat (ook bekend als bakpoeder) produceert - verbruiken deze 'bomen' CO² op dezelfde manier als echte bomen.
Een kostenbesparende versie van dezelfde technologie die wordt gebruikt om CO² uit lucht in onderzeeërs en ruimteveren te verwijderen, de bladeren worden vervolgens schoongemaakt met water dat, in combinatie met natriumbicarbonaat, een oplossing oplevert die gemakkelijk kan worden omgezet in biobrandstof.
In alle gevallen komt het proces van Carbon Capture neer op het vinden van manieren om schadelijke verontreinigende stoffen uit de lucht te verwijderen om de voetafdruk van de mensheid te verkleinen. Opslag en hergebruik komen ook in aanmerking in de hoop onderzoekers meer tijd te geven om alternatieve energiebronnen te ontwikkelen.
We hebben hier bij Space Magazine veel interessante artikelen over koolstofafvang geschreven. Hier is wat is kooldioxide?, Wat veroorzaakt luchtvervuiling? Wat als we alles verbranden?
Bekijk deze video van de Carbon Capture and Storage Organization voor meer informatie over hoe Carbon Capture werkt:
Als je meer informatie over de aarde wilt, bekijk dan NASA's zonnestelselverkenningsgids op aarde. En hier is een link naar NASA's Earth Observatory.
We hebben ook Astronomy Cast-afleveringen over planeet Aarde en klimaatverandering. Luister hier, aflevering 51: aarde, aflevering 308: klimaatverandering.
Bronnen:
- Wikipedia - Carbon Capture and Storage
- Carbon Capture Storage Association - Wat is CCS?
- Groene feiten - CO²-opvang en opslag
- Global CCS Institute - Wat is CCS?
