炭素回収の魅力的な夢

私たちの化石燃料への依存は容赦ないものです。つまり、空は予見可能な将来にわたって二酸化炭素で満たされ続けるでしょう。石炭と石油の消費量を削減する取り組みが進行中ですが、引き金を引くと弾丸をチャンバーに戻すのは困難です。従来の通念では、そこまでのCO2はどこにも行きません。

しかし、一部の科学者は違うように頼みます。彼らは、巨大な機械のネットワークがCO2の空をこすり落とす未来を想像しています。これは、科学の虚構を聞こえるが、これらのマシンのプロトタイプは存在しており、最近では、アイデアが受信突風 メディア の注目を研究者のチームは時に発表された彼らは、より安く、我々が思ったよりもスケールアップすることがあります。

それが本当かどうかは今や数兆ドルの問題です。他のいわゆる地球工学スキームのように、これはそれが実現されることができる前に大規模な投資を必要とするであろう大きな約束をします。そして、テクノロジーをスケールアップできるかどうかにかかわらず、それは気候変動の万能薬ではありません。

ただし、その核となるのは、そのシンプルさの魅力です。

「これは廃棄物管理の問題です」と、アリゾナ州立大学の負の炭素排出センター(CNCE)の所長であるクラウスラックナーはEartherに語った。「それは私たちが通りに残したゴミを拾うことです。」

たとえば、パリ協定の目標を達成するのに十分な速さで上記の細い青い線をクリーンアップするには、人間が排出するすべてのCO2を捕捉し、大気中に放出されるのを防ぐことができる大量生産デバイスが必要です。それは大変な作業ですが、現時点では、世界中で行われている炭素吸引機のフィールドテストとパイロット計画があります。それらはすべて、Direct Air Capture、またはDACとして知られる技術を利用しています。

DACマシンは本質的に人工樹であり、CO2は化学の魔法の影響を受けないという事実に依存しています。必要なのは、空気を入れるチャンバーと、CO2と反応して安定した化合物(通常は炭酸塩の一種)を形成する物質だけです。

カーボンエンジニアリング(CE)、背後にあるブリティッシュコロンビア州ベースの研究機関話題の新しい論文では、パイロットスキームを持っているし、実行していることは、継続的に小型のサイズについてのからくりにCO2を取り込み、 1階の家。まず、液体の水酸化物溶液を使用して、温室効果ガスを溶解した炭酸塩に変えます。次に、「ペレット反応器」が炭酸カルシウムの小片を溶液から沈殿させ、それを乾燥および加熱して、CO2を放出し、酸化カルシウムを生成します。次に、CO2は圧縮されて貯蔵され、酸化物は蒸気によって再水和されると、ペレット反応器に送り返され、新たに炭酸カルシウムを形成してループを閉じます。

チューリッヒに本拠を置くエンジニアリング会社で、DACユニットの小規模なプロトタイプも作成しているClimeworksは、わずかに異なる設計を選択しています。それは、CO2スクラビングアミン、アンモニアの化学的近縁物、猫のおしっこにその特徴的な臭いを与える化合物でコーティングされた多孔質フィルターを使用しています。

アレン・ライト、CNCEのエグゼクティブディレクターは、これらのCO2吸収材料は液体である傾向があるため、エネルギーを効率的にCO2のそれをスクラブするために、空気の柱の周りにそれらをポンプするために必要であることEartherに語りました。ただし、CNCEは、空気の受動的な動きが機能するタワーに簡単に配置できる固体洗浄システムをテストしています。

「私たちが長年にわたって開発した吸着剤は、乾燥しているときはCO2に強い親和性がありますが、CO2を除去するために必要なのは、大量の水またはミストを使用して湿らせることだけです。それでおしまい。" ライトは説明した。「再乾燥するために必要なのは、空気の流れに戻すことだけです。」

ウェットまたはドライのDACプラントは、炭素回収プロセスに電力を供給するために依然として電力を必要とします。明らかに、これらのプラントを高炭素グリッドに接続するために大気を浄化するという目的を無効にします。そのため、ほとんどの支持者は、太陽光、風力、または原子力を道として挙げています。CEのパイロットプラントは水力発電に依存しています。(その設計も部分的に天然ガスに依存していますが、マシンの構成により、現場で発生するCO2の偶発的な排出が回避されると同社は述べています。)

現在、すべてのパイロットスキームは小規模です。Climeworksは、これまでで最も大規模な事業を行っており、年間わずか1,000トンのCO2を除去します。これは、平均的なアメリカ人の年間二酸化炭素排出量約60に相当します。

しかし、これらのマシンがスケーラブルであるという証拠がいくつかあります。CEの最近の炭素回収調査は、一部は同社のパイロットスキームに基づいており、理論的には、年間100万トンのCO2を回収するプラントを設計することが可能であると示唆しています。これは平均25万台の自動車の排出量に相当します。そのような植物は1平方キロメートルのスペースを占めるだろうと以前に提案されました。

The commercialized cost of running such a DAC plant remains very difficult to ascertain. A recent National Research Council study put the cost at $60 per ton CO2 for capture only, to $1,000 per ton of CO2 for both capture and reuse. An influential 2011 study by the American Physical Society puts it at around $600, and pretty much dismissed the scheme as too expensive. This new CE paper puts the cost at between $94 and $232 per ton, citing a more efficient design.

“Sure, the cost is probably still a little high—but it can come down,” Lackner said, recalling how the car engine got cheap through ruthless mass production and that solar panels now cost around one percent of what they did in the 1960s.

But we can’t just scrub the sky of CO2—what do we do with all the CO2 we’ve captured with our machines? If we want to permanently reverse climate change, then we’ll have no choice but to bury plenty of it.

One option would be to store the offending greenhouse gas back in the place from whence it came—the Earth itself. CarbFix, an internationally funded scheme based in Iceland, is currently working to demonstrate this technology, which takes waste CO2 from a geothermal plant, dilutes it in water, and pipes it underground into basaltic rock where it interacts with calcium, magnesium, and iron to transform into stable calcareous rocks.

There are other possibilities too. Why not, for example, stick the CO2 back in the oil and gas reservoirs that we’ve already depleted? You’ve also got deep saline aquifers, those that aren’t contributing to the world’s drinkable water supply. Noting that the Icelandic system isn’t widely applicable, CE’s founder and Acting Chief Scientist David Keith told Earther that “saline formations are more likely long-term large-scale locations for storage.”

In theory, leakage shouldn’t be an issue if the storage sites are well selected and managed. An IPCC report concluded that more than 99 percent of the sequestered CO2 likely to remain down there for at least 1,000 years. The latest study to investigate this, published earlier this week, found that there’s a 50-50 chance that 98 percent of the sequestered CO2 will stay in the subsurface for 10,000 years. Even under a scenario where such sites are poorly regulated, 78 percent of CO2 was expected to stay down there, according to the study’s models.

There’s also the possibility that we could do other things aside from just storing CO2. An oft-discussed idea would be turning it into a carbon neutral hydrocarbon fuel—something that CE, for one, is able to do already on a very small scale. At this stage, though, that’s putting the cart before the horse: first and foremost comes the colossal drawdown of atmospheric CO2.

DAC is arguably the more optimistic cousin to the technological Pandora’s Box that is solar radiation management, which aims to blanket the sky with reflective dust and shield us from the Sun. That might slow down global warming, but it’s covering up a pervasive problem with a brand-new one, complete with unpredictable and potentially catastrophic outcomes. The worst outcome of DAC is that it doesn’t work, or that it becomes a distraction from other important climate mitigation efforts.

That said, even its staunchest proponents wouldn’t call DAC a deus ex machina solution. When discussing how many CE plants it would take to cancel out the world’s 2016 carbon footprint, Keith said: “It doesn’t make sense to think about capturing all the world’s CO2 with a single technology.”

Especially when there remain major hurdles and uncertainties. Despite the rapidly-lowering cost estimates for ensnaring atmospheric CO2, the cost of constructing a full-size DAC plant remains unknown. Companies like CNCE and CE likely won’t be able to build full-sized DAC plants by themselves—they may need massive investments from outside sources.

The same goes for burying the carbon, which Vox’s David Roberts compared to “lighting money on fire.”

“In the free enterprise, capitalistic world we live in, it won’t be invested in until they can think of a way to make it profitable,” Allen said. That’s perhaps why so much fuss is made about the promise of carbon neutral fuel: to lure in the energy industry looking to its future profit margins. It shouldn’t be surprising that one of CE’s investors is Norman Murray Edwards, an oil sands financier.

There’s also the sheer scale of DAC required to capture a meaningful fraction of the world’s emissions, which reached 36.2 billion tons of CO2-equivalent in 2016. Assuming all the CO2 captured by DAC systems is permanently stored, we would need roughly 36,200 of the plants described by CE to make the planet carbon neutral each year, should no other climate mitigation action be taken. And other mitigation action is important.

Some DAC critics worry we may too much faith in a technology that has yet to prove itself on a large scale, one that ultimately may wind up being a climate mitigation side-show. Michael Norton, the environment program director at the European Academies Science Advisory Council (EASAC), told Earther that the IPCC models that say negative emissions technologies (NETs) are required to meet the Paris Agreement targets are merely that: models, based on optimistic speculations that the tech will be readily available in the near-future.

Norton was the co-author of a 2018 EASAC report that looked at what various types of NETs, including DAC, natural carbon capture via reforestation, and even biomass-driven capture-and-burial schemes may offer to the world. The report does not dismiss NETs out of hand, but it points out serious issues with them, including that based on current data, DAC won’t make a significant difference to the climate fast enough.

DAC clearly isn’t a silver bullet to climate change, but there may come a point when the world decides these machines are necessary. Lackner suspects that as soon as one major player adopts DAC, others will fall into line. There will be major governance issues to work out, and at some point, adding more CO2 into the atmosphere may be need to be outlawed unless companies can prove they’re taking the same amount back out of the sky.

Embracing DAC—any serious climate mitigation effort, really—will also require a significant shift in public opinion. “We spend half our effort talking to people and explaining why the removal of CO2 from the atmosphere is an important thing to think about,” Wright said. “There are a lot of people that don’t want to have to consider changing their lifestyle or paying more for products because of someone’s concern about some gas in the atmosphere.”

Saying that, Wright said that he’s “optimistic in a funny kind of way.”

“Humans are very good at adapting to different problems, and we’re really good at building stuff,” he said.

Robin George Andrews is a volcanologist turned science writer with a penchant for extravagant tales, from stellar streams to climate change

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