Slik kan vi bruke klimaverstingen CO₂ til noe smart

Karbondioksid (CO₂) er kjent som den største synderen til vår globale oppvarmingskrise, som av de aller fleste blir sett som en trussel til vårt samfunn. Mange i Norge tror at den eneste løsningen er å fange CO₂-en og deponere den under bakken, for på denne måten å fjerne CO₂ permanent fra atmosfæren.

Men er CO₂ virkelig kun et avfall som vi skal bli kvitt? Ikke nødvendigvis. På SINTEF forsker vi på hvordan vi kan lage noe fornuftig og verdiskapende fra klimagassen.

«Alt» består av karbon

Alle livsformer på planeten og hele miljøet vårt er basert på grunnstoffet karbon. Du og jeg også. Det vi spiser er laget av karbon, det vi bruker og kaster er enten laget av eller med karbon. Karbon er helt essensielt for livet på jorden slik vi kjenner det, og karbon går i en langvarig, naturlige syklus mellom atmosfære, vann, jord og det som er langt under jorda.

CO₂ er ikke bare et avfallsprodukt, men det er faktisk en høyst brukbar og bærekraftig karbonkilde i seg selv. Prosessene finnes allerede i naturen.

Oppvarmingskrisen har oppstått av at menneskeheten har tatt opp karbon som gjennom sine naturlige prosessene, gjennom millioner av år, har blitt lagret under bakken. Vi brenner dette karbonet (kull, olje, naturgass) for å få energi. Med andre ord: Vi bruker karbonet mye raskere enn naturen er tilpasset for. CO₂, som er avfallsproduktet av energihøstningen, sender vi da opp i atmosfæren – i et kort, geologisk øyeblikk.

Klimakrisen, dvs målet om å begrense temperaturøkning til mindre enn 1,5 °C, kunne løses øyeblikkelig og uten behov for håndtering av «negative utslipp» – det å lagre mer CO₂ enn man slipper ut – ved å slutte å brenne fossile karbon energikilder som kull, olje, og naturgass. Men det er selvsagt ikke så enkelt som det.

Vi er avhengige av energi. Derfor er det nødvendig å bryte vår avhengighet til karbon energikilder ved å ta i bruk fornybare energikilder som vind, vann og sol. Overgangen til et samfunn som utnytter fornybare energikilder skjer i skrivende stund og med økende hastighet.

CO₂ handler om mer enn energi

Men å bare se på energien vi bruker gir ikke et fullstendig bilde: Nesten alt av produkter vi bruker i dagliglivet inneholder karbon som kommer fra de samme underjordiske karbonkildene som den fossile energien tradisjonelt kommer fra. For å virkelig kvitte oss med vår avhengighet av underjordiske karbonkilder, må vi erstatte disse med fornybare karbonkilder som allerede finnes over bakken.

Disse kildene er biomasse og resirkulert karbon som allerede finnes i produkter, som for eksempel plast, og, ja, CO₂! CO₂ er ikke bare et avfallsprodukt, men det er faktisk en høyst brukbar og bærekraftig karbonkilde i seg selv. Prosessene finnes allerede i naturen.

Det er nødvendig å presisere at CCU alene ikke er en løsning på klimakrisen: det slippes ut altfor mye CO₂ til at vi kan omdanne dette til kjemikalier og materialer.

Utfordringen med å bruke CO₂ som råstoff til kjemikalier og materialer, er at CO₂ ligger i en «lavenergetisk brønn»: Fordi CO₂ er et veldig stabilt molekyl, trengs det mye energi for å kunne lage noe verdifullt fra det.

Vi kan tenke på det som å reversere energiprosessen: vi trenger minst samme mengder energi til å lage drivstoff fra CO₂, som vi får når vi brenner drivstoffet. Det er nemlig dette som skjer i naturen. Alt karbonet i maten vi spiser kommer egentlig fra CO₂ via den naturlige prosessen fotosyntese: plantene omdanner CO₂ til karbohydrater ved å utnytte energien fra sollyset til å mette prosessens energibehov. For at industrien skal gjøre noe tilsvarende, trenger den med andre ord betydelige mengder energi for å kunne omdanne CO₂ som karbonkilde.

Energien må være fornybar

Kilden til energien som vi skal bruke til omdanningsprosessen er essensiell. Dersom vi bruker fossile energikilder for å omdanne CO₂, slipper vi ut mer CO₂ enn det vi klarer å omdanne! For at CCU skal bli en fordel for klimaet, må karbon fotavtrykket til hver nye teknologi som skal bruke CO₂ som karbonkilde, være lavere enn teknologien den erstatter.

Med andre ord må vi bruke fornybare energikilder som gir et veldig lavt CO₂-fotavtrykk – som kraft fra vann eller vind. Tilgangen til denne vann- og vindkraften gir Norge en vesentlig fordel i utviklingen av CCU-basert industri, da denne energien med lite CO₂-fotavtrekk allerede finnes i betydelig mengder. Dette er også grunnen til at en rekke batteriselskaper ønsker å etablere seg i Norge, at dataselskaper ønsker å utbygge virksomhet i stor skala i Norge, og at både utenlandske og norske selskaper ønsker å etablere CCU industri i Norge.

CCU er ingen løsning alene

Det er nødvendig å presisere at CCU alene ikke er en løsning på klimakrisen: det slippes ut altfor mye CO₂ til at vi kan omdanne dette til kjemikalier og materialer. Hvis vi på magisk vis kunne omdanne et karbon atom fra CO₂ til et karbon-atom i et av de største kjemikalier industrien produserer, nemlig metanol (produksjonen i 2020 var 102 millioner tonn), ville vi trenge hele 140 millioner tonn CO₂.

Om vi kunne gjøre det samme med drivstoff, hvor verden i 2014 produserte om lag 2850 million liter bensin per dag (da ser vi bort fra flybensin), ville vi trenge ca. 2.5 milliarder tonn (2.5 G tonn) CO₂ per år.
Samfunnet slipper ut minst 10 ganger mer (35-40 G tonn CO₂/år) enn det som teoretisk kan omdannes til kjemikaler og materialer!

Derfor blir det klart at teknologier som CCS, altså fangst og lagring av CO₂, og raskere utbygging av fornybare energianlegg må – i et korttidsperspektiv – realiseres for å nå målene om å redusere utslipp av CO₂.

I et langsiktig perspektiv, derimot, blir CCU en nødvendig industri. Når verden ikke lengere er avhengig av fossilt karbon til å mette vårt energibehov, er situasjonen annerledes. Da vil bruk av CO₂ som fornybar karbon-kilde være godt etablert som en del av de sirkulærøkonomiske og bærekraftige produksjonsprosessene. Disse prosessene er nødvendige klimatiltak, og er allerede i dag under utvikling.

Alt dette – bruk av fornybare energi kilder sammen med bruk av fornybare karbon kilder som CO₂ i sirkulærøkonomiske og bærekraftige produksjonsprosesser – er helt essensielle tiltak for å kunne løse klimakrisen.

Den nåværende utfordringen med CCU er at det bare er en håndfull teknologier som er modne nok til at vi kan ta dem i bruk innen få år. Det vi trenger er et bredt utviklingssamarbeid:

Vi må:
• Utvikle nye, bedre katalysatorer og prosesser
• Redusere energibehovene
• Lære å bruke fortynnet CO₂
Med andre ord: Norge trenger et helt nytt forskningsprogram som kan støtte denne nødvendige utviklingen av CCU for å sette fart på et nytt grønt industrieventyr.

Dette innlegg er Technology Brief nr. 1 av prosjektet CCU4Norge, prosjekt nr. 322592, finansiert av Forskningsrådets FORSTERK program. Her kan du lese mer om alle produktene man kan lage av CO₂, de teknologiske utfordringene, policyer og utviklingen av en CCU- industri i Norge og verden.