Hogyan működik a közvetlen levegőből történő szén-dioxid-leválasztás – és miért olyan nehéz?

CO₂ kinyerése a levegőből

A légkör körülbelül 420 ppm (milliomod rész) szén-dioxidot tartalmaz – ez a lélegzett levegőnek csak egy apró töredéke, mégis elegendő a bolygó felmelegítéséhez. A közvetlen levegőből történő szén-dioxid-leválasztás (DAC) egy olyan technológia, amelynek célja, hogy ezt a felhalmozódást visszafordítsa azáltal, hogy a CO₂-t közvetlenül a környezeti levegőből vonja ki, koncentrálja, majd vagy véglegesen a föld alatt tárolja, vagy hasznos termékekké alakítja át. A füstgázoknál történő kibocsátás-csökkentéssel ellentétben a DAC bárhol működhet, és eltávolíthatja a már kibocsátott szén-dioxidot, így ez az egyik azon kevés eszközöknek, amelyek ténylegesen csökkenthetik a légköri CO₂-szintet, nem csupán lassítják annak emelkedését.

Két megközelítés, egy cél

A DAC rendszerek két fő módszerre támaszkodnak: szilárd szorbensekre és folyékony oldószerekre. A szilárd szorbens rendszerekben nagyméretű ventilátorok szívják át a környezeti levegőt moduláris kollektorokon, amelyek nagy porozitású szűrőanyaggal vannak feltöltve. A szorbens kémiailag megköti a CO₂ molekulákat, miközben a nitrogén, az oxigén és más gázok áthaladnak rajta. Amint a kollektor telítődik, lezárják és felmelegítik – általában 100°C körüli hőmérsékletre –, ami koncentrált CO₂-áramot szabadít fel a gyűjtéshez és tároláshoz. A szorbens ezután lehűl, és a ciklus megismétlődik.

A folyékony oldószeres rendszerek másképp működnek. A levegő egy oldaton – gyakran kálium-hidroxid keveréken – halad át, amely elnyeli a CO₂-t. Az oldatot ezután egy sor kémiai lépésen keresztül dolgozzák fel, amelyek magas hőmérsékleten (akár 900°C-on) eltávolítják a szén-dioxidot, és regenerálják az oldószert. Ez a megközelítés nagyobb mennyiségeket képes kezelni, de lényegesen több energiát igényel.

Mi történik a leválasztott szénnel?

A legpermanensebb ártalmatlanítási módszer a koncentrált CO₂ mélyen a föld alá történő injektálása geológiai képződményekbe, például sós víztartókba vagy bazaltkőzetekbe. Izlandon a Carbfix tárolóvállalat vízben oldja fel a leválasztott CO₂-t, és körülbelül 1000 méterrel a felszín alá pumpálja, ahol az bazaltkőzettel reagál és mineralizálódik – szó szerint kővé válik néhány éven belül. Alternatív megoldásként a leválasztott CO₂ felhasználható szintetikus üzemanyagok, építőanyagok vagy vegyi anyagok alapanyagaként, bár ezek a felhasználások késleltetik, nem pedig megszüntetik a légkörbe való visszajutását.

A méret jelentette kihívás

A világ legnagyobb működő DAC létesítménye a Climeworks izlandi Mammoth üzeme, amely évente akár 36 000 tonna CO₂ eltávolítására is képes – ez nagyjából 7800 autó éves kibocsátásának felel meg. Ez jelentősnek hangzik, amíg figyelembe nem vesszük, hogy a globális CO₂-kibocsátás meghaladja a 37 milliárd tonnát évente. Jelenleg mintegy 130 DAC üzemet terveznek vagy működtetnek világszerte, de ezek együttes kapacitása alig karcolja meg azt, amire a klímakutatók szerint szükség van.

Két sokkal nagyobb projekt épül Texasban és Louisianában az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának DAC Hubs programjának részeként, amelyek mindegyike évi egymillió tonna CO₂ eltávolítását célozza meg, amikor teljesen üzembe helyezik őket.

Az energia- és költségprobléma

A DAC legnagyobb akadálya az energia. Mivel a CO₂ a légkörnek mindössze 0,04%-át teszi ki, hatalmas mennyiségű levegőt kell feldolgozni. Egymillió tonna CO₂ eltávolítása becslések szerint 300–500 megawatt teljesítményt igényel – ami egy közepes méretű erőműhöz hasonlítható. Ha ez az energia fosszilis tüzelőanyagokból származik, a folyamat valójában több szén-dioxidot bocsáthat ki, mint amennyit megköt, ezért a életképes DAC projektek tiszta energiaforrásokra, például geotermikus, nap- vagy szélenergiára támaszkodnak.

A költségek továbbra is magasak. A jelenlegi becslések szerint a CO₂ tonnája 250 és 600 dollár között mozog a kisüzemi létesítményekben. Nagyobb, évi egymillió tonnás méretben az elemzők azt jósolják, hogy a költségek 150–230 dollárra csökkenhetnek tonnánként, de ezen megtakarítások eléréséhez hatalmas tőkeberuházásra és olcsó, megbízható tiszta villamos energiára van szükség.

A puzzle szükséges darabja

A Nemzetközi Energiaügynökség és az IPCC klímamodelljei következetesen azt mutatják, hogy a nettó nulla kibocsátás eléréséhez valószínűleg szükség lesz valamilyen szén-dioxid-eltávolításra a drasztikus kibocsátás-csökkentés mellett. A DAC nem helyettesíti a fosszilis tüzelőanyagok használatának csökkentését, de elengedhetetlennek bizonyulhat a nehezen kiküszöbölhető kibocsátások ellensúlyozására a légi közlekedés, a mezőgazdaság és a nehézipar területén. Az, hogy a technológia elég gyorsan – és elég olcsón – tud-e fejlődni, továbbra is a klímapolitika egyik meghatározó kérdése.