Udnyttelse af kulstof omdanner affald til værdi

CO₂-fangst er en ny løsning til reduktion af industriens udledning af drivhusgasser (GHG). Efter at kuldioxid er opfanget fra procesemissionsstrømme, transporteres det typisk fra sit oprindelsessted til underjordisk langtidsopbevaring. Men teknologien og den løbende overvågning af opbevaringsstederne er dyr.

For delvist at opveje udgifterne kan indfanget CO₂ genbruges til at skabe værdi i stedet for blot at blive opbevaret. Denne praksis, kendt som kulstofgenbrug, falder ind under den bredere paraply fangst, udnyttelse og lagring af CO₂ (CCUS), en kollektiv løsning, der skal hjælpe med at opfylde målene om netto-nuludledning i 2050 og afbøde klimatrusler.

I dag fanger industrien årligt 45 millioner tons kuldioxid fra affaldsemissionsstrømme, hvilket svarer til ca. 0,1 % af de globale emissioner fra alle sektorer. Ifølge klimamodeller fra FN's klimapanel og Det Internationale Energiagentur kan CCUS opsamle svimlende 1 milliard tons CO₂ om året i 2030 og adskillige milliarder tons i 2050. Hvis kuldioxidudledningen fra industrien og andre sektorer forbliver nogenlunde den samme, når denne kapacitet er nået, kan det reducere udledningen af drivhusgasser i atmosfæren med ca. 10 %.

CCUS-teknologier kræver pålidelig måling på vigtige punkter for at garantere proceskvalitet og -sikkerhed. Punkterne er typisk niveau, flow, temperatur, tryk, væskeanalyse og i stigende grad gasanalyse ved hjælp af Raman-spektroskopi og TDLAS-analysatorer.

I betragtning af de høje omkostninger ved CO₂-fangst er muligheden for at omdanne betydelige mængder af denne gas til et værdifuldt produkt interessant for forarbejdningsvirksomheder, der implementerer CCUS-teknologier. Der er mange applikationer og brancher, som kan få fordel af kulstofudnyttelse, bl.a., men ikke begrænset til, følgende eksempler:

Byggebranchen er kendt for sit store energiforbrug og CO₂-aftryk, og den kan udnytte fangst og udnyttelse af CO₂ til at skabe mere bæredygtige byggematerialer. Traditionelle processer til cementproduktion opvarmer materialer til op mod 1450 °C, normalt ved hjælp af svær brændselsolie, kul, naturgas eller andre affaldsbaserede brændstoffer. Derudover kræver den typiske kemiske reaktion til fremstilling af cement, at kalciumkarbonat omdannes til kalciumoxidlignende forbindelser, hvilket genererer CO₂ som et biprodukt. Tilsammen er disse udledninger ansvarlige for ca. 7 % af verdens produktion af drivhusgasser.

Dette kan dog afhjælpes ved at indfange kuldioxid fra emissionsstrømmen ved hjælp af amingasbehandling og tilføre den til frisk beton under blandeprocessen. Den tilførte CO₂ reagerer med kalciumioner, som findes i betonblandingen, og danner kalciumkarbonat, der er et naturligt forekommende bindemiddel. Dette beriger betonen ved at øge dens trykstyrke og binde kuldioxiden permanent, hvilket eliminerer behovet for lagring og overvågning i geologiske formationer. 

Denne øgede betonstyrke muliggør materialebesparelser i byggeprojekter, hvilket giver besparelser, der delvist opvejer omkostningerne ved aminbehandling. Endvidere kan tilførsel af CO₂ integreres i eksisterende betonproduktionsprocesser med minimale ændringer af den eksisterende infrastruktur. 

Kuldioxid kan også bruges til at skabe syntetiske tilslagsmaterialer, en vigtig komponent i beton, som erstatter traditionelle tilslagsmaterialer, der udvindes fra jorden. Derudover udforsker nye innovatorer udviklingen af biologisk baserede kulstofnegative alternativer til beton, hvor produktionsprocessen optager mere CO₂, end den udleder.

Transportsektoren, der er stærkt afhængig af fossile brændstoffer, kan opnå betydelige bæredygtighedsfordele ved at udnytte kulstof. Ved hjælp af forskellige kemiske processer kan indfanget CO₂ omdannes til vedvarende brændstoffer som metanol og bæredygtigt flybrændstof (SAF), hvilket hjælper med at reducere industriens CO₂-aftryk.

For at producere bæredygtig metanol indgår indfanget kuldioxid i en reaktion med grøn brint ved hjælp af en katalysator ved høj temperatur og højt tryk. Metanol kan enten bruges som direkte brændstof til biler eller som råmateriale til andre brændstoffer, f.eks. biodiesel. 

S&P Global anslår, at markedet for bæredygtig metanol vil nå op på 400 millioner tons om året i 2050, hvilket viser dens enorme potentiale. Der er dog udfordringer ved at bruge metanol i transportbranchen, herunder behovet for en specialiseret infrastruktur. 

På samme måde undersøger luftfartsbranchen brugen af bæredygtigt flybrændstof produceret af opfanget CO₂ for at reducere sin afhængighed af fossile brændstoffer. For at lave bæredygtigt flybrændstof kombineres indfanget kuldioxid først med brint i en proces, der kaldes omvendt "water-gas shift", hvilket skaber syntesegas, en blanding af kulilte og brint. 

Derefter omdannes syntesegassen til en blanding af kulbrinter ved hjælp af Fischer-Tropsch-processen, og kulbrinteblandingen gennemgår brintbehandling for at fjerne urenheder og tilpasse brændstofegenskaberne. Flybrændstoffets egenskaber, herunder energiindhold, flammepunkt og frysepunkt, skal overvåges og kontrolleres nøje.

Selv om bæredygtigt flybrændstof stadig er på et tidligt udviklingsstadie, vurderer International Air Transport Association, at det kan bidrage til en reduktion af luftfartens udledning af drivhusgasser på 65 %.

Den kemiske industri er i øjeblikket stærkt afhængig af fossile brændstoffer, men kuldioxid kan i mange tilfælde bruges som et alternativt råmateriale til at producere en lang række kemikalier og polymerer. Det gælder bl.a. gødningsurea, plast og emballagematerialer. 

Når CO₂ reagerer med ammoniak under højt tryk og høj temperatur, dannes der ammoniumcarbamat. Når dette kemikalie nedbrydes, danner det urea og vand, som derefter kan forarbejdes og granuleres til fast form og bruges som gødning. 

Kuldioxid kan også bruges til at fremstille polykarbonater. Disse holdbare og gennemsigtige polymerer bruges ofte i elektronik, briller og bildele. Polymererne dannes ved en direkte reaktion mellem CO₂ og epoxider, en type cykliske æterforbindelser, med hjælp fra en katalysator. 

Produktion af polyuretan er en anden vigtig anvendelse af kuldioxid i den kemiske industri. Polyuretaner er kendt for deres alsidighed og anvendelse i skum, belægninger og isolering og fremstilles traditionelt ved hjælp af polyoler, der stammer fra fossile brændstoffer. Men forarbejdningsvirksomheder kan erstatte dem med kuldioxidbaserede polyoler, hvilket reducerer afhængigheden af konventionelle brændstoffer og mindsker polyuretanprodukternes CO₂-aftryk.  

Disse bæredygtige metoder inden for cirkulær økonomi er lovende, men de står over for udfordringer i konkurrencen med traditionel produktion baseret på fossile brændstoffer på grund af de højere omkostninger, der er forbundet med CO₂-fangst. 

Landbrugssektoren kan også drage fordel af kulstofudnyttelse ved at anvende ureagødning og anvende kulstof direkte. Kuldioxidgas kan berige drivhusmiljøer for at øge plantevæksten og forbedre udbyttet. Desuden kan indfanget CO₂ bruges til at dyrke alger, som kan forarbejdes til biobrændstoffer, dyrefoder og fødevarer.

På trods af bæredygtighedspotentialet står indførelsen af CCUS over for betydelige forhindringer. Det er især dyrt at implementere teknologier til CO₂-fangst. Opskalering af produktionen for at begrænse udledningen af drivhusgasser vil kræve betydelige investeringer i infrastruktur og markedsudvikling. Regeringer og NGO-organisationer vil sandsynligvis skulle stå for en stor del af den nødvendige kapital. 

For at sikre CO₂-fangstens og -udnyttelsens overordnede bæredygtighed skal processerne desuden drives af energi fra vedvarende kilder. Brug af fossile brændstoffer til at drive CCUS-teknologier ville være kontraproduktivt og gøre de miljømæssige fordele virkningsløse. 

Med tiden vil forskning og udvikling hjælpe med at optimere processerne og forbedre effektiviteten, så driftsomkostningerne ved CCUS-teknologien falder. Økonomisk levedygtighed, eller i det mindste billig CO₂-fangst, er afgørende for en udbredt anvendelse i industrien, især fordi flere virksomheder og forbrugere globalt lægger vægt på bæredygtighed.  

Yderligere udforskning af CO₂-fangst og -udnyttelse kan hjælpe med at reducere udledningen af drivhusgasser og gøre et skadeligt biprodukt til en værdifuld ressource. Kulstofudnyttelse er et af mange midler til at reducere kuldioxidudledningen på tværs af forskellige erhverv og dermed bidrage til en mere bæredygtig fremtid.