Koldioxidanvändning omvandlar avfall till värde

Koldioxidinfångning är en framväxande lösning för att minska växthusgasutsläppen. Efter att koldioxiden har fångats in från processavgaser transporteras den vanligtvis från den ursprungliga platsen för långtidslagring under jord. Både tekniken och kontinuerlig övervakning av lagringsanläggningar är dock kostsam.

För att delvis kompensera för utgifterna kan infångad CO₂ återanvändas och skapa värde i stället för att bara lagras. Denna metod, som kallas koldioxidåtervinning, faller under infångning, användning och lagring av koldioxid (CCUS), en kollektiv lösning som kan bidra till att uppnå målen för klimatneutralitet till 2050 och motverka klimathotet.

I dag samlar industrin in 45 miljoner ton koldioxid från avgasflöden varje år, vilket utgör runt 0,1 % av de globala utsläppen från alla sektorer. Enligt klimatmodeller från FN:s klimatpanel (IPCC) och Internationella energiorganet kan CCUS fånga in svindlande 1 miljard ton CO₂ per år till 2030 och flera miljarder ton till 2050. Om koldioxidutsläppen från industrin och andra sektorer ligger kvar på ungefär samma nivå när denna kapacitet uppnås kan utsläppen av växthusgaser i atmosfären minskas med cirka 10 %.

CCUS-teknik kräver tillförlitliga mätningar vid kritiska punkter för att säkerställa processkvalitet och -säkerhet. Det innefattar i regel nivå-, flödes-, temperatur- och tryckmätning, vätskeanalys samt, i allt större utsträckning, gasanalys med hjälp av spektroskopiska Raman-analysatorer och TDLAS-analysatorer.

Givet kostnaden för infångning av CO₂ borde möjligheten att omvandla betydande mängder av denna gas till en värdefull produkt vara av intresse för tillverkningsföretag som vill implementera CCUS-teknik. De tillämpningar och branscher som kan dra nytta av koldioxidanvändning är många och innefattar, men är inte begränsade till, följande exempel:

Byggbranschen, som är känd för sin betydande energiförbrukning och sitt stora klimatavtryck, kan utnyttja infångning och användning av koldioxid för att tillverka mer hållbara byggnadsmaterial. Traditionella produktionsprocesser för cement värmer upp material till uppemot 1 450 °C (2 642 °F) och använder i regel tung eldningsolja, kol, naturgas eller andra avfallsbaserade bränslen. Den kemiska reaktion som vanligtvis används för att tillverka cement kräver dessutom omvandling av kalciumkarbonat till kalciumoxidliknande föreningar, vilket genererar CO₂ som en biprodukt. Tillsammans står dessa utsläpp för ungefär 7 % av världens växthusgasproduktion.

Detta kan dock motverkas genom att man samlar upp koldioxid från avgasflödet genom aminbehandling och injicerar den i färsk betong under blandningsprocessen. Den injicerade koldioxiden reagerar med kalciumjoner som finns i betongblandningen och bildar kalciumkarbonat, ett naturligt förekommande bindemedel. Detta förstärker betongen genom att öka dess tryckhållfasthet och binda koldioxiden permanent, vilket eliminerar behovet av lagring och övervakning i geologiska formationer. 

Denna ökade betonghållfasthet gör det möjligt att minska mängden material i byggprojekt, vilket innebär besparingar som kan kompensera för kostnaden för aminbehandling. Injicering av CO₂ kan dessutom införlivas i befintliga processer för betongtillverkning med minimala modifieringar av den befintliga infrastrukturen. 

Koldioxid kan också användas för att tillverka syntetiska aggregatmaterial, en huvudingrediens i betong, som ersätter traditionella aggregatmaterial som bryts ur jorden. Dessutom utforskar nya innovatörer utvecklingen av biobaserade koldioxidnegativa alternativ till betong, där produktionsprocessen absorberar mer CO₂ än den släpper ut.

Transportsektorn, som är starkt beroende av fossila bränslen, kan få signifikanta hållbarhetsfördelar av koldioxidanvändning. Genom olika kemiska processer kan infångad CO₂ omvandlas till förnybara bränslen som metanol och hållbart flygbränsle (Sustainable Aviation Fuel – SAF), som bidrar till att minska branschens koldioxidavtryck.

För att framställa förnybar metanol låter man infångad koldioxid reagera med grön vätgas i närvaro av en katalysator vid hög temperatur och högt tryck. Metanol kan antingen användas som ett direkt bränsle till bilar eller som råvara till andra bränslen, som biodiesel. 

S&P Global beräknar att marknaden för förnybar metanol kommer att uppgå till 400 miljoner ton årligen till 2050, vilket visar på dess ofantliga potential. Det finns dock utmaningar med att använda metanol i transportbranschen, däribland behovet av specialiserad infrastruktur. 

På liknande sätt utforskar flygbranschen användningen av SAF som framställs av infångad CO₂ för att minska sitt beroende av fossila bränslen. För att framställa SAF kombineras infångad koldioxid först med vätgas i en process som kallas omvänd vattengas-skift-reaktion. Då bildas syntesgas, en blandning av kolmonoxid och vätgas. 

Därefter omvandlas syntesgasen till en blandning av kolväten med hjälp av Fischer-Tropsch-processen, och kolväteblandningen genomgår vätgasbehandling där orenheter avlägsnas och bränslets egenskaper justeras. Flygbränslets egenskaper, däribland energivärde, flampunkt och fryspunkt måste övervakas och kontrolleras noggrant.

Även om utvecklingen fortfarande är i ett tidigt skede uppskattar Internationella lufttransportorganisationen (IATA) att hållbart flygbränsle kan bidra till 65 % minskning av luftfartens växthusgasutsläpp.

Den kemiska industrin är i nuläget mycket beroende av fossila bränslen, men koldioxid kan användas som alternativ råvara i många fall för att framställa en mängd olika kemikalier och polymerer. Till dessa hör bland annat urea, plast och förpackningsmaterial. 

När CO₂ reagerar med ammoniak under högt tryck och vid hög temperatur bildas ammoniumkarbamat. När denna kemikalie bryts ner bildas urea och vatten, som sedan kan bearbetas och granuleras till fast form och användas som gödsel. 

Koldioxid kan också användas för att framställa polykarbonater. Dessa tåliga och transparenta polymerer används ofta i elektronik, glasögon och fordonskomponenter. Dessa polymerer bildas genom att CO₂ reagerar direkt med epoxider, en typ av cyklisk eter, i närvaro av en katalysator. 

Framställning av polyuretan är ett annat ledande användningsområde för koldioxid i den kemiska industrin. Polyuretan är känd för sin mångsidighet och används ofta i skum, beläggningar och isolering. Den tillverkas traditionellt sett med hjälp av polyoler utvunna ur fossila bränslen. Tillverkningsföretag kan dock ersätta dessa med koldioxidbaserade polyoler och minska sitt behov av traditionella bränslen för att sänka polyuretanframställningens koldioxidavtryck.  

Dessa hållbara metoder för en cirkulär ekonomi är lovande, men de står inför utmaningar när de ska konkurrera med traditionell produktion med fossila bränslen på grund av de högre kostnader som är förknippade med koldioxidinfångning. 

Jordbrukssektorn kan också dra nytta av koldioxidanvändning, både genom användning av ureagödning och direkt användning. Koldioxid kan berika växthusmiljön för att främja grödornas tillväxt och förbättra avkastningen. Dessutom kan infångad CO₂ användas för att odla alger, som kan bearbetas till biobränsle, foder och livsmedelsprodukter.

Trots hållbarhetspotentialen finns det stora hinder för implementering av CCUS. Särskilt teknik för koldioxidinfångning är dyr att implementera. Att skala upp produktionen för att minska växthusgasutsläppen kommer att kräva betydande investeringar i infrastruktur och marknadsutveckling. Regeringar och icke-statliga organisationer kommer troligen att behöva stå för en stor del av det kapital som krävs. 

Att säkerställa att infångningen och användningen av koldioxid är hållbar totalt sett kräver dessutom att processerna drivs med energi utvunnen ur förnybara källor. Att använda fossila bränslen för att driva CCUS-teknik vore kontraproduktivt och skulle motverka miljönyttan. 

Med tiden kommer forskning och utveckling att bidra till att optimera processerna och göra dem effektivare, vilket gör att driftskostnaderna för CCUS-teknik blir lägre. Ekonomisk bärkraft, eller åtminstone koldioxidinfångning till en låg kostnad, är avgörande för en utbredd implementering i hela industrin, särskilt när allt fler företag och konsumenter världen över värdesätter hållbarhet.  

Att utforska området för infångning och användning av koldioxid ytterligare kan bidra till att minska växthusgasutsläpp och förvandla en skadlig biprodukt till en värdefull resurs. Koldioxidanvändning är ett av många sätt att minska koldioxidutsläppen i olika branscher och bidra till en mer hållbar framtid.