Spornum við loftlagsbreytingum með því að breyta koldíoxíði í stein

Höfundar: Sandra Ó. Snæbjörnsdóttir, Katrín Steinþórsdóttir, Selja Ósk Snorradóttir, Kári Helgason. Birtist í Frontiers for Young Minds.

Mikilvægasta verkefni þessarar aldar er að draga úr losun koldíoxíðs (CO₂) út í andrúmsloftið til að hægja á loftslagsbreytingum. Ein af þeim aðferðum sem gegna lykilhlutverki er að fanga CO₂ beint úr útblæstri orku- og iðjuvera til að koma í veg fyrir áhrif þess á loftslagið. En hvernig bindum við CO₂ á öruggan og varanlegan hátt? Í þessari grein segjum við frá aðferð sem hefur verið þróuð hér á Íslandi, þar sem CO₂ er dælt djúpt ofan í jörðu þar sem það breytist í stein. Þetta er leið náttúrunnar til að binda CO₂ og við hermum eftir henni til að minnka losun CO₂ út í andrúmsloftið.

CO₂: GRÓÐURHÚSALOFTTEGUND SEM UMBREYTIR LOFTSLAGINU

Ein stærsta áskorun okkar er að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda. Undanfarin 50-100 ár hefur meðalhiti jarðar hækkað hratt og síðustu fimm ár hafa verið þau hlýjustu í margar aldir [1]. Þessi hraða breyting er af mannavöldum. Hún verður meðal annars vegna bruna jarðefnaeldsneytis á borð við olíu og gas, sem notað er sem eldsneyti á bíla, flugvélar eða til að knýja raforkuver. Við bruna á jarðefnaeldsneyti losna gróðurhúsalofttegundir, aðallega CO₂, sem auka gróðurhúsaáhrifin og leiða til aukinnar hlýnunar andrúmsloftsins.

Þessi hlýnun jarðar veldur loftlagsbreytingum sem meðal annars auka hættu á gróðureldum, hraða bráðnun jökla og valda því að yfirborð sjávar hækkar. Að auki leiðir hlýnun jarðar til meiri öfga í veðurfari, til dæmis aukinna þurrka, storma og úrkomu. Áframhaldandi losun gróðurhúsalofttegunda mun valda enn frekari hlýnun sem leiðir til varanlegra breytinga á loftslagi jarðar með alvarlegum afleiðingum fyrir fólk, dýr, gróður og umhverfið allt.

Stærsta verkefni aldarinnar er því að draga úr losun CO₂ út í andrúmsloftið til að hægja á þessari hlýnun. Þetta þýðir að við verðum að skipta úr jarðefnaeldsneyti yfir í endurnýjanlega orkugjafa, t.d. skipta út bensínbílum fyrir rafmagns, vetnis- og metanbíla. Við verðum líka að varðveita náttúruauðlindir betur, auka skógrækt og laga og rækta það land sem mannfólk hefur raskað. Í sumum tilvikum er erfitt að koma í veg fyrir útblástur, til dæmis frá sementsverksmiðjum, stál- og álverum. Auk þess er endurnýjanleg orka ekki alls staðar fáanleg og því þarf áfram að brenna jarðefnaeldsneyti. Hvernig getum við dregið úr þessum útblæstri?

LEIÐ NÁTTÚRUNNAR TIL AÐ DRAGA ÚR ÚTBLÆSTRI

Ein mikilvæg leið til að draga úr losun er að fanga CO₂ úr útblæstri. Með því er hægt að koma í veg fyrir að CO₂ sleppi út í andrúmsloftið og þannig draga úr áhrifum þess á loftslagið. En hvar á þá að geyma þetta CO₂ eftir að búið er að fanga það? Hvernig getum við geymt það á öruggan og varanlegan hátt?

Hér á Íslandi hefur verið þróuð aðferð þar sem CO₂ er breytt í stein, djúpt ofan í jörðinni. Þetta hljómar kannski eins og töfrar, að breyta gastegund í stein, en í raun er þetta náttúruleg aðferð jarðar til að losa sig við umfram CO₂ úr andrúmsloftinu. Náttúran breytir CO₂ í stein með því að nota málma sem eru til staðar í berginu í jarðskorpunni [2]. Ein hentugasta bergtegundin fyrir þetta ferli er basalt sem er ríkt af þeim málmum sem þarf til að umbreyta CO₂ í stein. Í náttúrunni gerist þetta hægt – of hægt til að ná að stöðva hnattræna hlýnun sem hefur nú þegar áhrif á jörðina.

Carbfix aðferðin hraðar þessu náttúrlega ferli. Uppskriftin er þannig að fyrst er CO₂ leyst upp í vatni, á svipaðan hátt og í sódavatnstæki, og þá verður til kolsýrt vatn (Mynd 1). Þessu kolsýrða vatni er svo dælt niður í holur sem boraðar hafa verið djúpt niður í jörðina. Kolsýrða vatnið flæðir út í basaltberggrunninn, leysir málma úr basaltinu sem bindast CO₂ í vatninu og breytir því í stein. Með þessari aðferð er hægt að fjarlægja CO₂ á öruggan og varanlegan hátt.

Carbfix tæknin er notuð við jarðvarmavirkjunina á Hellisheiði. Jarðvarmavirkjanir nota gufu úr borholum á jarðhitasvæðum til að framleiða heitt vatn og rafmagn. Í gufunni er dálítið af CO₂.  Í stað þess að losa það út í andrúmsloftið er það skilið frá gufunni og leyst upp í vatni í svokölluðum hreinsiturni. Þessu kolsýrða vatni er síðan dælt niður í aðrar borholur þar sem það streymir frá holunum um sprungur út í  basaltbergið í kring. Kolsýrða vatnið leysir málma úr basaltinu og CO₂ breytist í stein. Sem stendur er um 12.000 tonnum af CO₂ dælt niður á hverju ári við Hellisheiðarvirkjun í stað þess að losa það út í andrúmsloftið. Það er jafnmikið og útblásturinn frá um 6.700 bílum [3].  Frá árinu 2025 mun allt CO₂ frá Hellisheiðarvirkjun verða fangað og dælt niður á þennan hátt, eða um 35.000 tonnum á ári hverju – sem jafngildir útblæstri frá 20.000 bílum.

Hellisheiðarvirkjun er fyrsti staðurinn í heiminum þar sem Carbfix tæknin er notuð. Byrjað var á tilraunum árið 2014. Síðan þá hefur meira en 80.000 tonnum af CO₂ verið dælt þar niður í jörðina og breytt í stein. Nú er verið að skoða fleiri staði þar sem tæknin gæti nýst, m.a. í Álfsnesi þar sem Sorpa grefur niður rusl frá íbúum höfuðborgarsvæðisins, en ruslahaugar losa CO₂. Við jarðvarmavirkjunina á Nesjavöllum er líka verið að gangsetja hreinsistöð sem virkar eins og sú við Hellisheiðarvirkjun. Fleiri og jafnvel enn frumlegri áætlanir um að fanga CO₂ og breyta því í stein eru líka í undirbúningi.

AÐ FJARLÆGJA CO₂ ÚR ANDRÚMSLOFTINU

Að stöðva útblástur af CO₂ er mikilvægt en það mun ekki duga eitt og sér í baráttunni gegn loftslagsbreytingum. Við þurfum líka að fanga CO₂ sem hefur nú þegar verið losað út í andrúmsloftið [4]. Til þess eru nokkrar leiðir. Það er til dæmis hægt að gróðursetja tré, endurheimta votlendi og endurbæta jarðveg sem hefur spillst eða verið ofræktaður. Allt þetta myndi fanga CO₂ úr andrúmsloftinu. Við þurfum hinsvegar að vinna hratt og því þurfum við líka á nýrri tækni að halda sem fangar CO₂ beint úr andrúmsloftinu (e. Direct Air Capture eða DAC). Það getum við gert með svokölluðum loftsugum en verið er að þróa þessa tækni víða um heim.

Árið 2017 hófst tilraunaverkefni þar sem þessari loftsugutækni var beitt samhliða Carbfix aðferðinni. Notaðar voru loftsugur sem svissneska fyrirtækið Climeworks þróaði, en það sérhæfir sig í föngun CO₂ úr andrúmsloftinu. Carbfix tekur svo við CO₂ frá loftsugunum, leysir það upp í vatni og dælir niður í berggrunninn þar sem það breytist í stein [5]. Með þessu samstarfi er nú hægt að fjarlægja aukalega um 50 tonn af CO₂ á ári. Það þyrfti 2.000 tré til að binda svo mikið CO₂.  Tilraunin gekk vel og nú hefur verið ræst lofthreinsiver á Hellisheiði sem getur sogið um 4.000 tonn af CO₂ á ári beint úr andrúmsloftinu sem breytt verður í stein neðanjarðar. Þetta er fyrsta lofthreinsistöðin af þessu tagi í heiminum og sú langstærsta.

FRAMTÍÐARVERKEFNIÐ: AÐ FJARLÆGJA CO₂ ÚR ANDRÚMSLOFTI

Núna veistu hvað þarf til að breyta CO₂ í stein: CO₂, berg og vatn. Í sumum tilfellum munum við flytja CO₂ eftir lögnum eða með skipum frá þeim stöðum þar sem það er losað þangað sem rétta bergtegund er að finna (Mynd 2). Basalt finnst víða um heim, ekki bara á Íslandi, og það er algengasta bergtegund á yfirborði jarðar. Það þekur mestallan sjávarbotninn og um 5% af meginlöndunum (Mynd 3). Þetta basalt væri í raun meira en nóg til að geyma allt CO₂ sem myndi losna við að brenna allt það jarðefnaeldsneyti sem til er á jörðinni [2]. Með öðrum orðum þá höfum við nóg geymslupláss til að breyta CO₂ í stein sem myndi annars hafa neikvæð áhrif á andrúmsloftið okkar. Á sumum stöðum er ekki mikið af fersku vatni til að blanda CO₂ saman við en vísindafólk er nú að kanna leiðir til að nota sjó til að leysa CO₂ og dæla því niður.

Framundan bíða gríðarstór verkefni við að fanga og farga CO₂. Til að vernda jörðina okkar og líf okkar allra verðum við að stórauka föngun og förgun og það hratt.  Við verðum að fanga CO₂ frá orkuverum og verksmiðjum og beint úr andrúmsloftinu. Spurningin er bara hversu miklu CO₂ við getum breytt í stein og hvort það verði nægilegt til að minnka áhrif loftslagsbreytinga á jörðina og forða íbúum hennar frá alvarlegum afleiðingum hamfarahlýnunar.

Orðalisti

Gróðurhúsalofttegundir: Lofttegundir, t.d. CO₂, sem auka gróðurhúsaáhrif og valda þannig hlýnun jarðar.   

Jarðefnaeldsneyti: Algengust eru olía, gas og kol, sem myndast ofan í jörðinni á milljónum ára úr lífrænum efnum, til dæmis plöntum og dýrum. Við bruna á jarðefnaeldsneyti losna gróðurhúsalofttegundir sem eru helsta ástæðan fyrir loftlagsbreytingum.

Gróðurhúsaáhrif: Áhrif gróðurhúsalofttegunda, til dæmis CO₂, á andrúmsloftið sem fanga hita og valda loftlagsbreytingum.

Loftlagsbreytingar: Breytingar á loftslagi jarðar vegna aukinna gróðurhúsaáhrifa sem valda hlýnun jarðar.

Basalt: Gosberg sem myndast í eldgosum.

Föngun úr andrúmslofti: Söfnun á CO₂ sem hefur nú þegar losnað í andrúmsloftið.

Förgun: Að koma CO₂ þannig fyrir að það hafi ekki áhrif á andrúmsloftið, til dæmis með því að breyta því í stein.

Hamfarahlýnun: Breyting á veðri vegna gróðurhúsaáhrifa með mjög alvarlegum afleiðingum fyrir allt sem lifir á Jörðinni.

Þessi grein byggir á þessari vísindagrein: 

↑ Snæbjörnsdóttir, S. Ó., Sigfússon, B., Marieni, C., Goldberg, D., Gislason, S. R., and Oelkers, E. H. 2020. Carbon dioxide storage through mineral carbonation. Nat. Rev. Earth Environ. 1:90–102. doi: 10.1038/s43017-019-0011-8 

Heimildir 

[1] ↑ NOAA National Centers for Environmental Information. 2020. State of the Climate: Global Climate Report for April 2020. Retrieved from: https://www.ncdc.noaa.gov/sotc/global/202004 (accessed June 25, 2020). 

[2] ↑ Snæbjörnsdóttir, S. Ó., Sigfússon, B., Marieni, C., Goldberg, D., Gislason, S. R., and Oelkers, E. H. 2020. Carbon dioxide storage through mineral carbonation. Nat. Rev. Earth Environ. 1:90–102. doi: 10.1038/s43017-019-0011-8 

[3] ↑ Todts, W. 2018. CO₂ Emissions From Cars: The Facts. Brussels: European Federation for Transport and Environment AISBL. 

[4] ↑ Rogelj, J., Shindell, D., Jiang, K., Fifita, S., Forster, P., Ginzburg, V., et al. 2018. Global Warming of 1.5°C. Chapter 2. Geneva: IPCC. 

[5] ↑ Gutenecht, V., Snæbjörnsdóttir, S. O., Sigfússon, B., Aradóttir, E. S., and Charles, L. 2018. Creating a carbon dioxide removal solution by combining rapid mineralization of CO₂ with direct air capture. Energy Proc. 146:129–34. doi: 10.1016/j.egypro.2018.07.017 

Þetta er þýðing á greininni: 

Snæbjörnsdóttir S, Steinþórsdóttir K, Snorradóttir S and Helgason K (2021) Protecting Our Climate by Turning CO₂ Into Stone. Front. Young Minds. 9:579895. doi: 10.3389/frym.2021.579895