Ons moet ernstig iets doen oor CO2-uitstoot. Benewens die verskuiwing na hernubare energiebronne en toenemende energie-doeltreffendheid, moet ons begin om van die CO2 weg te sit voordat dit die atmosfeer bereik. Miskien sal die impak van mensverwante klimaatverandering so erg wees dat ons CO2 selfs van die lug kan afskakel en dit omskep in bruikbare produkte soos plastiese materiale of dit veilig kan maak.
'N Groep wetenskaplikes uit verskeie Europese lande en die Verenigde State, insluitend ek het in die middel, in Ysland, ontmoet om uit te vind hoe CO2 veilig in die grond gesit kan word. In 'n onlangs gepubliseerde studie, het ons getoon dat twee jaar na CO2 ondergronds op ons loodsproef-webwerf in Ysland amper alles in minerale omgeskakel is.
Ysland is 'n baie groen land; Byna al sy elektrisiteit kom van hernieubare bronne, insluitend geotermiese energie. Warm water van rotse onder die oppervlak word omskep in stoom wat 'n turbine dryf elektrisiteit genereer. Geotermiese kragsentrales lewer egter CO2 (veel minder as 'n vergelykbare steenkoolkragsentrale) omdat die warm stoom van diep putte wat die turbines bestuur, ook CO2 en soms waterstofsulfied (H2S) bevat. Dié gasse word gewoonlik net in die lug vrygestel.
Is daar 'n ander plek wat ons hierdie gasse kan plaas?
Konvensionele koolstof sekwestrasie deposito's CO2 in diep soutwater akwifers of in uitgeputte olie en natuurlike gas reservoirs. CO2 word onder baie hoë druk in hierdie formasies gepomp en aangesien hulle al meer as miljoene jaar in die gasse en vloeistowwe gehou het, is die waarskynlikheid dat CO2 uitlek, minuscule, soos baie studies Het getoon.
In 'n plek soos Ysland met sy daaglikse aardbewings wat die vulkaniese gesteentes (basalt) kraak, sou hierdie benadering nie werk nie. Die CO2 kan deur krake borrel en weer in die atmosfeer lek.
Basalt het egter ook 'n groot voordeel: dit reageer met CO2 en omskep dit in karbonaatminerale. Hierdie karbonate vorm natuurlik en kan gevind word as wit kolle in die basalt. Die reaksies is ook in laboratorium eksperimente gedemonstreer.
Los CO2 in water op
Vir die eerste toets het ons suiwer CO2 gebruik en dit deur 'n pyp in 'n bestaande put gepomp wat 'n waterdraer met vars water op ongeveer 1,700-voete van die diepte getrek het. Ses maande later het ons 'n mengsel van CO2 en waterstofsulfied ingespuit vanaf die turbines van die kragstasie. Deur 'n afsonderlike pyp het ons ook water in die put gepomp.
In die put het ons die CO2 deur 'n sprinkel vrygestel - 'n toestel vir die bekendstelling van gasse in vloeistowwe soortgelyk aan 'n borrel klip in 'n akwarium - in water. Die CO2 het binne 'n paar minute in die water heeltemal ontbind weens die hoë druk op die diepte. Daardie mengsel het toe die waterdraer binnegekom.
Ons het ook klein hoeveelhede tracers (gasse en opgeloste stowwe) bygevoeg wat ons toelaat om die geïnspireerde water en CO2 te onderskei van wat reeds in die waterdraer is. Die CO2 wat in water opgelos is, is dan deur die stadig vloeiende grondwater weggevoer.
Af stroom, ons het monitering putte geïnstalleer wat ons toelaat om monsters in te samel om uit te vind wat met die CO2 gebeur het. Aanvanklik het ons 'n paar van die CO2 en spoorsnyers gesien. Na 'n paar maande het die spoorwegers egter aangekom, maar baie min van die ingespuitte CO2 het opgedaag.
Waar was dit aan die gang? Ons pomp in die monitering het ook gereeld gestop, en toe ons dit op die oppervlak gebring het, het ons opgemerk dat dit deur wit kristalle bedek is. Ons het die kristalle ontleed en gevind dat hulle sommige van die spoorsnyers bevat wat ons bygevoeg het en die beste van alles het hulle meestal karbonaat minerale geword! Ons het CO2 in rotse gedraai.
Die CO2 wat in water opgelos is, het met die basalt in die waterdraer gereageer en meer as 95 persent van die CO2 het as vaste karbonaatminerale afgekom - en dit het alles minder vinniger as verwag, in minder as twee jaar.
Dit is die veiligste manier om CO2 weg te sit. Deur dit in water op te los, verhoed ons reeds dat CO2-gas deur die krake in die rotse teen die oppervlak beland. Uiteindelik sit ons dit om in klip wat nie onder natuurlike toestande kan beweeg of oplos nie.
Een nadeel van hierdie benadering is dat water langs die CO2 ingespuit moet word. As gevolg van die baie vinnige verwydering van die CO2 uit die water in mineraalvorm, kan hierdie water egter van die grond af stroom gepomp word en weer op die inspuitingsterrein hergebruik word.
Sal dit elders werk?
Ons was 'n kleinschalige loodsstudie en die vraag is of hierdie reaksies in die toekoms sal voortduur of porieë en krake in die ondergrondse basalt klip sal uiteindelik verstop en nie meer CO2 na karbonaat kan omskep nie.
Ons Ysland geotermiese kragsentrale het die hoeveelheid gas wat verskeie kere in die jare ingespuit is, toegeneem sedert ons eksperiment met 'n ander nabygeleë ligging begin het. Daar is nog nie verstop nie, en die plan is om binnekort byna alle afvalgasse in die basalt te spuit. Hierdie proses sal ook verhoed dat die giftige en bytende gaswaterstofsulfied in die atmosfeer ingaan, wat tans nog op lae vlakke naby die kragsentrale opgespoor kan word weens sy kenmerkende verrotte eiergeur.
Die baie reaktiewe gesteentes wat in Ysland voorkom, is baie algemeen op Aarde; ongeveer 10 persent van die vastelande en byna al die vloere van die see is van basalt gemaak. Hierdie tegnologie, met ander woorde, is nie beperk tot emissies van geotermiese kragsentrales nie, maar kan ook gebruik word vir ander CO2-bronne, soos fossielbrandstowwe kragsentrales.
Die kommersiële lewensvatbaarheid van die proses moet nog op verskillende plekke gevestig word. Koolstofmineralisering voeg koste by tot die werking van 'n kragsentrale, so dit, soos enige vorm van koolstof-sekwestrasie, benodig 'n ekonomiese aansporing om dit haalbaar te maak.
Mense hou daarvan om naby kus te woon, en baie kragsentrales is naby hul kliënte gebou. Miskien kan hierdie tegnologie gebruik word om CO2-uitstoot in kusgebiede in nabygeleë offshore basaltformasies af te skaf. Natuurlik sal daar geen tekort aan water wees om saam met die CO2 te spuit nie.
As ons gedwing word om atmosferiese CO2-vlakke in die toekoms te verlaag, omdat ons die skadelike gevolge van klimaatsverandering onderskat, kan ons dalk wind- of sonkragtoestelle op 'n oseaanplatform gebruik om CO2 uit die lug te vang en dan die CO2 in basaltformasies te spuit onder.
Koolstofmineralisering, soos aangetoon in Ysland, kan deel wees van die oplossing van ons koolstofprobleem.
Martin Stute, Professor in Omgewingswetenskap, Columbia Universiteit. Sy proefskrifnavorsingsonderwerp aan die Universiteit van Heidelberg het gefokus op nuwe spore tegnieke om die dinamika van grondwatervloei te bestudeer, en die gebruik van grondwater as 'n argief van paleoklimaat.