Προσπαθώντας να μετατρέψουμε το διοξείδιο του άνθρακα σε χρήσιμα προϊόντα

Η περιοχή μπορεί να φαίνεται ως πιθανός χώρος για να αναπτυχθεί ένα έργο καθαρής τεχνολογίας. Αλλά αργότερα φέτος, ένα χημικό εργοστάσιο εκεί πρόκειται να γίνει η μεγαλύτερη εγκατάσταση στον κόσμο για την ανακύκλωση διοξειδίου του άνθρακα με σκοπό την μετατροπή του σε καύσιμα, η οποία θα συνδυάζει CO₂ από ασβεστοκάμινο με περίσσεια υδρογόνου και CO₂ από κλίβανο οπτανθρακοποίησης για την παραγωγή μεθανόλης, μιας βιομηχανικής χημικής ουσίας που χρησιμοποιείται για καύσιμο και για την κατασκευή πλαστικών.

Η Carbon Recycling International (CRI), η εταιρεία με έδρα το Ρέυκιαβικ, είναι πίσω από το εγχείρημα και υποστηρίζει ότι το εργοστάσιο του Tongyezhen θα ανακυκλώνει περίπου 160.000 τόνους CO₂ ετησίως που ισοδυναμούν με τις εκπομπές από δεκάδες χιλιάδες αυτοκίνητα και οι οποίοι διαφορετικά θα κατέληγαν στην ατμόσφαιρα. Είναι μια δελεαστική ιδέα: βιομηχανικές εκπομπές CO₂ θερμαίνουν το κλίμα και πολλές χώρες εργάζονται για τη δέσμευση του αερίου και την αποθήκευσή του υπόγεια.

Αλλά γιατί να μην το ανακυκλώσουμε σε προϊόντα που είναι και αναγκαία και κερδοφόρα; Εφόσον η διαδικασία ανακύκλωσης αποφεύγει τη δημιουργία περισσότερων εκπομπών άνθρακα -με χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας ή υπερβάλλοντων πόρων που διαφορετικά θα σπαταλούνταν- μπορεί να μειώσει το CO₂ που απελευθερώνει η βιομηχανία στην ατμόσφαιρα και να μειώσει τη ζήτηση για ορυκτά καύσιμα που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανική παραγωγή. Αυτό είναι μία διπλή νίκη για το κλίμα, λένε οι υποστηρικτές.

Αυτό το είδος ανακύκλωσης είναι ένα πεδίο με αυξανόμενο ενδιαφέρον, καθώς μεγάλες και μικρές εταιρείες προσπαθούν να διαθέσουν στην αγορά σειρές προϊόντων που παράγονται από CO₂. Μερικά από αυτά τα προϊόντα είναι είδη μπουτίκ για τον αγοραστή που θέλει να βοηθήσει το κλίμα -βότκα ή διαμάντια, για παράδειγμα- αλλά τα περισσότερα είναι βασικά προϊόντα της παγκόσμιας οικονομίας: καύσιμα, πολυμερή, άλλα χημικά και οικοδομικά υλικά.

Περισσότερες από 80 εταιρείες εργάζονται σε νέες προσεγγίσεις για τη χρήση του CO₂, σημείωσε μια έκθεση του 2021 από τη Lux Research, μια εταιρεία έρευνας αγοράς στη Βοστώνη της Μασαχουσέτης. Η αγορά για αυτά τα προϊόντα είναι μικρή σήμερα, και ανέρχεται σε λιγότερο από 1 δισ. δολάρια, αλλά η Lux προβλέπει ότι θα αυξηθεί στα 70 δισ. δολάρια έως το 2030 και θα μπορούσε να φτάσει τα 550 δισ. δολάρια έως το 2040. Αυτή η δραστηριότητα ενισχύεται από την πτώση του κόστους των ΑΠΕ, μαζί με την αύξηση των φόρων άνθρακα και άλλα κλιματικά κίνητρα που ωθούν τις επιχειρήσεις να αποφύγουν τις εκπομπές CO₂. Ταυτόχρονα, η χημική τεχνολογια έχει βελτιώσει την αποτελεσματικότητα των υποκείμενων τεχνολογιών.

Αλλά υπάρχουν δύσκολα ερωτήματα σχετικά με το εάν η ανακύκλωση CO₂ ωφελεί πραγματικά το κλίμα. Πολλά από τα προϊόντα που κατασκευάζονται με αυτόν τον τρόπο καθυστερούν μόνο για λίγο το ταξίδι του άνθρακα στην ατμόσφαιρα - τα καύσιμα καίγονται, τα προϊόντα που παράγονται από χημικές ουσίες υποβαθμίζονται και το CO₂ που καταναλώνεται κατά τη δημιουργία τους απελευθερώνεται ξανά. Αυτό θα συμβεί στο Tongyezhen: μεγάλο μέρος της παραγόμενης μεθανόλης προορίζεται να καεί ως καύσιμο στον αυξανόμενο στόλο οχημάτων που κινούνται με μεθανόλη στην Κίνα.

Εν τω μεταξύ, ορισμένες εκτιμήσεις υποδηλώνουν ότι η παγκόσμια αγορά ανακυκλωμένων προϊόντων CO₂, το πιθανότερο είναι ένα να μπορεί να δεσμεύσει μόνο ένα μικρό ποσοστό του CO₂ που οι άνθρωποι απελευθερώνουν στην ατμόσφαιρα με την καύση ορυκτών καυσίμων, και οι οποίοι ανήλθαν συνολικά σε 36 δισ. τόνους πέρυσι. Το προτεινόμενο εργοστάσιο στο Tongyezhen θα ανακυκλώνει σε ετήσια βάση λιγότερο διοξείδιο από ό,τι παράγεται σε 2 λεπτά παγκοσμίως. «Μπορούμε να αποφύγουμε πολλές από αυτές τις εκπομπές, με πολύ λιγότερα χρήματα, από ό,τι μπορούμε μετατρέποντας το CO₂ σε υλικό», λέει ο Niall Mac Dowell, μηχανικός ενεργειακών συστημάτων στο Imperial College του Λονδίνου.

«Η υπόθεση ότι μπορούμε να διορθώσουμε το πρόβλημα της κλιματικής αλλαγής με έναν οικονομικά ελκυστικό και εύκολο τρόπο, στην καλύτερη περίπτωση είναι αφελής και στη χειρότερη ενεργειακά ανειλικρινής», λέει. Είναι ένα επιχείρημα που κερδίζει έδαφος καθώς η ανακύκλωση CO₂ μετατρέπεται σε εμπορική εφαρμογή.

Η χρήση CO₂ ως χημικού συστατικού δεν είναι μια νέα ιδέα. Περίπου 200 εκατ. τόνοι CO₂ χρησιμοποιούνται σε μικρό αριθμό διεργασιών κάθε χρόνο. Μία κύρια χρήση είναι η αντίδραση με αμμωνία για την παραγωγή ουρίας για λιπάσματα, ωστόσο η παραγωγή αμμωνίας εκπέμπει επιπλέον CO₂ και ο άνθρακας της ουρίας απελευθερώνεται γρήγορα αφού εφαρμοστεί το λίπασμα στο χωράφι, επομένως δεν υπάρχουν οφέλη για το κλίμα.

Η βιομηχανία πετρελαίου εγχέει επίσης CO₂ υπόγεια για να βοηθήσει στην ανάκτηση πετρελαίου, αλλά η χρήση αυτού του πετρελαίου μπορεί να παράγει περισσότερα αέρια του θερμοκηπίου από αυτά που αποθηκεύονται. Αυτό που αλλάζει τώρα είναι ο τεράστιος αριθμός εταιρειών που μετακινούν νέες μεθόδους ανακύκλωσης διοξειδίου προς το στάδιο της εμπορικής εφαρμογής. Οι προσεγγίσεις κυμαίνονται από την επιλογή βιολογικών διεργασιών έως τη χρήση ηλεκτροχημικών στοιχείων ή καταλυτών.

Πολλοί από τους μεγαλύτερους παίκτες χρησιμοποιούν καταλύτες που βοηθούν στο συνδυασμό CO₂ με υδρογόνο για την παραγωγή καυσίμων και χημικών προϊόντων. Το κύριο κόστος τους περιστρέφεται γύρω από την ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή υδρογόνου, τη δέσμευση ροών CO₂ και τη διάσπαση των ισχυρών δεσμών άνθρακα-οξυγόνου αυτού του μορίου για τη δημιουργία νέων μορίων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο υπάρχουν τόσες πολλές πιλοτικές εγκαταστάσεις όπου υπάρχουν άφθονα ρεύματα αποβλήτων CO₂, ευρέως διαθέσιμο εφεδρικό υδρογόνο και θερμότητα (που τροφοδοτεί την παραγωγή μεθανόλης στο Tongyezhen) ή χαμηλού κόστους ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές.

Η CRI, για παράδειγμα, άνοιξε το πρώτο της εργοστάσιο μετατροπής CO₂ σε μεθανόλη το 2012, δίπλα σε ένα σταθμό γεωθερμίας στην Ισλανδία. Εκεί, οι γεωτρήσεις εισχωρούν σε υπόγειο ζεστό νερό και ατμό, αλλά παράλληλα υπάρχει και ανεπιθύμητο CO₂. Το εργοστάσιο της CRI βασίζεται στο ηλεκτρικό δίκτυο της Ισλανδίας, το οποίο είναι σχετικά χαμηλών εκπομπών άνθρακα, για τη δημιουργία «πράσινου» υδρογόνου από το νερό με ηλεκτρόλυση. Στη συνέχεια τα αέρια συνδυάζονται, θερμαίνονται, συμπιέζονται και περνούν πάνω από έναν καταλύτη που διευκολύνει τη διάλυση των δεσμών του διοξειδίου του άνθρακα. Κάθε χρόνο, το εργοστάσιο της Ισλανδίας ανακυκλώνει 5.500 τόνους CO₂.

«Η διαδικασία αυτή είναι πιο ακριβή από τη συμβατική παραγωγή μεθανόλης, δεν υπάρχει καμία αμφιβολία για αυτό. Αλλά οι εταιρείες που πρέπει να προμηθεύονται ανανεώσιμα καύσιμα, είναι πρόθυμες να πληρώσουν κάτι παραπάνω», λέει ο Emeric Sarron, επικεφαλής τεχνολογίας στη CRI, ο οποίος αρνείται να πει πόσο πιο ακριβή είναι. Η CRI, εκτός από τις εγκαταστάσεις στο Tongyezhen, σχεδιάζει και άλλα ανάλογα εργοστάσια βιομηχανικής κλίμακας στην επαρχία Jiangsu της Κίνας και στη βόρεια Νορβηγία. Άλλες κοινοπραξίες στις οποίες συμμετέχουν εταιρείες στο Βέλγιο, τη Σουηδία και τη Δανία θα ανακυκλώσουν το CO₂ σε μεθανόλη για χρήση ως χημική πρώτη ύλη και ως καύσιμο μεταφοράς, με την έναρξη της λειτουργίας τους να τοποθετείται μεταξύ 2023 και 2025.

Αντί να κατασκευάζουν τέτοια μεγάλα, κεντρικά έργα, ορισμένες νεοφυείς επιχειρήσεις πιστεύουν ότι η μετατροπή του CO₂ θα είναι φθηνότερη και πιο αποτελεσματική με τη χρήση μικρότερων, αρθρωτών ηλεκτροχημικών κελιών. Η νεοφυής εταιρεία Twelve με έδρα την Καλιφόρνια, για παράδειγμα, στοχεύει μέχρι το τέλος του τρέχοντος έτους να έχει ένα σύστημα ηλεκτρόλυσης μεγέθους ενός εμπορευματοκιβωτίου μεταφοράς που χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια για τη μετατροπή περισσότερου από έναν τόνο CO₂ κάθε μέρα σε Syngas. Αυτό το μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή άλλων χημικών ουσιών, συμπεριλαμβανομένων των καυσίμων.

Η εταιρεία σχεδιάζει την προσφορά μετατροπής CO₂ ως υπηρεσία σε επιχειρήσεις που θέλουν να μειώσουν τις εκπομπές τους. Σε αυτό το μοντέλο, θα μπορούσε να χρεώνει ανά μετατρεπόμενο τόνο και να πουλάει τα τελικά προϊόντα για να καλύψει το κόστος. Τον Ιούλιο του 2021, συγκέντρωσε 57 εκατ. δολάρια σε χρηματοδότηση. «Βλέπουμε σίγουρα τον εαυτό μας να παίζει ρόλο στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου», λέει ο Etosha Cave, συνιδρυτής και επικεφαλής επιστημονικός υπεύθυνος της εταιρείας.

Το Syngas παρασκευάζεται συμβατικά με μια ενεργοβόρα διαδικασία που συμπιέζει το μεθάνιο και το νερό μαζί σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις. Η Twelve, αντίθετα, χρησιμοποιεί έναν τροποποιημένο εμπορικό ηλεκτρολυτη, ο οποίος συνήθως διασπά το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο. Η προσθήκη ενός μεταλλικού καταλύτη σε ένα από τα ηλεκτρόδια της συσκευής (την κάθοδο) της επιτρέπει να μετατρέπει ταυτόχρονα το CO₂ σε CO, έτσι ώστε το σύστημα να παράγει Syngas σε θερμοκρασία δωματίου. Η Twelve στοχεύει στη χρήση ανανεώσιμων πηγών ηλεκτρικής ενέργειας για τη λειτουργία αυτών των μονάδων ανακύκλωσης CO₂.

Χημικοί από διάφορα πανεπιστήμια έχουν αναδείξει την υπόθεση για την ηλεκτροχημική ανακύκλωση κάνοντας σημαντικές βελτιώσεις στους καθοδικούς καταλύτες. Μια βασική μέτρηση γνωστή ως αποδοτικότητα Faraday -η αναλογία των ηλεκτρονίων που οδηγούν στην παραγωγή CO παρά ανεπιθύμητων παραπροϊόντων- είναι πλέον πάνω από 90% σε ορισμένες περιπτώσεις.

Οι χημικοί σημειώνουν επίσης πρόοδο σε ένα άλλο μέτωπο, στη βελτίωση της ικανότητας των καταλυτών να υποστηρίζουν υψηλή πυκνότητα ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτό επιτρέπει σε μια δεδομένη περιοχή ηλεκτροδίου να μετατρέψει περισσότερα μόρια CO₂. «Ωστόσο, πολλοί καταλύτες δυσκολεύονται να λειτουργήσουν για περισσότερες από μερικές εκατοντάδες ώρες προτού αρχίσουν να υποβαθμίζονται», λέει ο Jan Vaes, διευθυντής προγράμματος για τη βιώσιμη χημεία στο Φλαμανδικό Ινστιτούτο Τεχνολογικής Έρευνας (VITO) κοντά στην Αμβέρσα, στο Βέλγιο. 

Οι ερευνητές που ασχολούνται με την ηλεκτροχημεία δε στοχεύουν μόνο το Syngas. Η Avantium, μια χημική εταιρεία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο Άμστερνταμ, χρησιμοποιεί βελτιωμένους καταλύτες για την παραγωγή μυρμηκικού οξέος, το οποίο μπορεί να μετατραπεί σε χημικά με μεγαλύτερη αξία. Αυτή τη στιγμή δοκιμάζει έναν ηλεκτροχημικό αντιδραστήρα σε ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα στη Γερμανία.

Οι χημικοί ελπίζουν να φτιάξουν πιο πολύπλοκα μόρια άνθρακα που θα μπορούσαν να έχουν υψηλότερες τιμές. Μεγαλύτερα μόρια μπορεί να είναι πιο δύσκολο να παραχθούν με αυτό τον τρόπο, μιας και με περισσότερους χημικούς δεσμούς, υπάρχουν περισσότερες πιθανότητες για τα ηλεκτρόνια να εκτρέπονται σε παράγωγα προϊόντα, μειώνοντας έτσι την απόδοση. Ωστόσο, σημειώνεται πρόοδος.

Φέτος, για παράδειγμα, ο ηλεκτρολόγος μηχανικός και επιστήμονας υλικών Edward Sargent στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο στον Καναδά και η ομάδα του παρουσίασαν ένα ηλεκτροχημικό σύστημα που μετατρέπει το CO₂ και το νερό σε οξείδιο του αιθυλενίου, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως για την κατασκευή πολυμερών. Ο καταλύτης της ομάδας πέτυχε μια απόδοση Faraday σε επίπεδα ρεκόρ του 35% κατά τη μετατροπή.

Το εάν τα προϊόντα που ανακυκλώνονται από τις βιομηχανικές εκπομπές CO₂ προστατεύουν πραγματικά το κλίμα είναι ασαφές και αυτό επειδή το CO₂ που δεσμεύουν θα εξακολουθήσει να απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα εάν τα μόρια καούν ή διασπαστούν. Η άντληση CO₂ απευθείας από την ατμόσφαιρα θα μπορούσε να έχει καθαρότερα κλιματικά οφέλη, αλλά η δέσμευση του αερίου από τον αέρα είναι εξαιρετικά δαπανηρή, όπως και τα προϊόντα που κατασκευάζονται με αυτόν τον τρόπο.

Οι υποστηρικτές τονίζουν ότι η ανακύκλωση βιομηχανικού CO₂ σε χημικά μπορεί να μειώσει τις εκπομπές με άλλο τρόπο, ουσιαστικά αποφεύγοντας κάποια παραγωγή με βάση τα ορυκτά καύσιμα. «Η διαδικασία μας βοηθά στη διατήρηση των ορυκτών καυσίμων στο έδαφος, αξιοποιώντας τα υπάρχοντα ρεύματα CO₂», αναφέρουν οι ερευνητές.

Ο αυστηρός τρόπος για να εξεταστεί αυτό είναι μέσω μιας ανάλυσης κύκλου ζωής (LCA), μια λεπτομερής καταγραφή του άνθρακα που εμπλέκεται στην παραγωγή και τη χρήση ενός προϊόντος, από την προέλευση του CO₂ έως την τελική του μοίρα. Πολλές εταιρείες ανακύκλωσης CO₂ λένε ότι έχουν κάνει αυτούς τους ελέγχους, αλλά δεν τους δημοσιεύουν επειδή περιέχουν εμπορικά ευαίσθητες πληροφορίες.

Μια εταιρεία που έχει εκδώσει μία ανάλυση κύκλου ζωής (LCA) είναι η LanzaTech, με έδρα το Skokie του Ιλινόις. Η εταιρεία χρησιμοποιεί βιοαντιδραστήρες γεμάτους με βακτήρια του είδους Clostridium autoethanogenum για τη ζύμωση σε αιθανόλη βιομηχανικών εκπομπών CO₂, CO και αποβλήτων υδρογόνου. Η διευθύνουσα σύμβουλος της, Τζένιφερ Χόλμγκρεν, σημειώνει ότι αυτό το είδος βιομετατροπής μπορεί να χειριστεί ακάθαρτα ρεύματα απαερίων, όπως αυτά από αεριοποιητές αστικών απορριμμάτων, καλύτερα από ό,τι οι χημικές διεργασίες.

Ο αντιδραστήρας της εταιρείας σε ένα εργοστάσιο χάλυβα του Shougang Group κοντά στην Tianjin στην Κίνα, παράγει αιθανόλη από το 2018. Μια δεύτερη εγκατάσταση άρχισε να λειτουργεί σε ένα κινεζικό εργοστάσιο κραμάτων πέρυσι και εμπορικά εργοστάσια στο Βέλγιο και την Ινδία αναμένεται να λειτουργήσουν μέχρι το τέλος αυτού του έτους.

Στις 8 Μαρτίου 2022, η LanzaTech ανακοίνωσε ότι θα εισαχθεί στο χρηματιστήριο, μια κίνηση που αποτιμά την εταιρεία στα 1,8 δισ. δολάρια. Φέτος, ανέφερε ότι με γενετικές τροποποιήσεις, τα βακτήρια της θα μπορούσαν να δημιουργήσουν μεγαλύτερα μόρια όπως η ακετόνη και η ισοπροπανόλη. Η συμβατική παραγωγή ακετόνης και ισοπροπανόλης δημιουργεί άφθονες εκπομπές CO₂. Αντίθετα, η ανάλυση κύκλου ζωής της LanzaTech προτείνει ότι η διαδρομή της είναι αρνητική σε άνθρακα - καταναλώνει πολύ περισσότερο άνθρακα από ό,τι εκπέμπει. Αλλά αυτή η ανάλυση δεν περιλάμβανε τι θα συμβεί με το CO₂ όταν χρησιμοποιηθούν τα προϊόντα.

Η Holmgren πιστεύει ότι τα προϊόντα με βάση το CO₂ θα εξοικονομήσουν εκπομπές ούτως ή άλλως, εκτοπίζοντας τα συμβατικά ισοδύναμα τους. Ωστόσο, παραδέχεται ότι είναι δύσκολο να είμαστε σίγουροι ότι αυτό είναι αλήθεια. Τα προϊόντα με βάση το CO₂ θα μπορούσαν απλώς να προσθέσουν στην αυξανόμενη παγκόσμια κατανάλωση καυσίμων και άλλων χημικών ουσιών, αντί να εκτοπίσουν την υπάρχουσα παραγωγή. Είναι επίσης δύσκολο να εντοπίσουμε άμεσες ενδείξεις εκτόπισης σε μια τόσο αναδυόμενη αγορά, προσθέτει η Holmgren.

Μια μεγαλύτερη διαθεσιμότητα προϊόντων που προέρχονται από την ανακύκλωση CO₂ μπορεί επίσης να οδηγήσει σε αυξημένη κατανάλωση αυτών των πόρων. Όποιος προσπαθεί να περιορίσει τις διεθνείς πτήσεις του, για παράδειγμα, μπορεί να πετάει πιο συχνά εάν η αεροπορική του εταιρεία καυχιέται για τα φιλικά προς το κλίμα καύσιμα. Αυτό το «φαινόμενο ανάκαμψης» έχει παρατηρηθεί για ορισμένα μέτρα ενεργειακής απόδοσης, αν και δεν έχει μελετηθεί για προϊόντα με βάση το CO₂.

Οι αρνητικού ισοζυγίου εκπομπές, όπως αυτές που ισχυρίζεται η LanzaTech, «θα πρέπει να σημαίνουν πραγματική απομάκρυνση του CO₂ από την ατμόσφαιρα, την οποία μπορείτε πραγματικά να μετρήσετε φυσικά», λέει ο Andrea Ramírez Ramírez, που μελετά συστήματα και τεχνολογίες χαμηλού άνθρακα στο Delft University of Technology της Ολλανδίας.

Για να μεγιστοποιηθούν τα κλιματικά οφέλη, είναι πιο λογικό να δεσμεύουμε το ανακυκλωμένο CO₂ σε προϊόντα που διαρκούν για δεκαετίες. Εκεί μπαίνουν στο παιχνίδι τα πολυμερή. «Πρέπει να κατασκευάζονται προϊόντα όπως μονωτικός αφρός, στρώματα, μαλακά έπιπλα, που έχουν αρκετά μεγάλη διάρκεια ζωής», λέει η Charlotte Williams, χημικός στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, στο Ηνωμένο Βασίλειο.

Η Williams αναπτύσσει καταλύτες που μπορούν να ενσωματώσουν CO₂ σε πολυόλες, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την παραγωγή αφρού πολυουρεθάνης. Οι πολυόλες συνήθως κατασκευάζονται από ακριβές χημικές ουσίες που ονομάζονται εποξείδια, αλλά οι καταλύτες της βοηθούν το CO₂ να πάρει τη θέση ορισμένων από αυτά στην αλυσίδα του πολυμερούς. Αυτό παγιδεύει CO₂ και μειώνει την κατανάλωση εποξειδίων, τα οποία έχουν μεγάλο αποτύπωμα άνθρακα.

Η Williams έχει ιδρύσει μια spin-off εταιρεία, την Econic Technologies. Το Σεπτέμβριο του 2021, υπέγραψε συμφωνία για την κατασκευή ενός πιλοτικού εργοστασίου στην Ινδία και, στη συνέχεια, τη μετασκευή ενός υπάρχοντος εργοστασίου για την ενσωμάτωση αποβλήτων CO₂ σε πολυόλες. Άλλες εταιρείες αναμιγνύουν CO₂ σε πολυμερή με παρόμοιους τρόπους.

Παρά την πρόοδο αυτή, οι προβλέψεις υποδηλώνουν ότι η χρήση του CO₂ ως συστατικού πολυμερών θα δεσμεύσει μόνο περίπου 10 έως 50 εκατομμύρια τόνους CO₂ ετησίως έως το 2050. Συνεπώς, αξίζει πραγματικά τον κόπο; «Πιστεύω ότι ο λάθος τρόπος να βλέπεις το πρόβλημα», λέει ο Williams. «Πρέπει να κάνουμε τεράστιες περικοπές στις εκπομπές CO₂ σε όλους τους τομείς, αλλά πρέπει επίσης να επενδύσουμε σε ορισμένες τεχνολογίες που μπορούν να το χρησιμοποιήσουν άμεσα».

Η μεγαλύτερη ευκαιρία για ενσωμάτωση CO₂ σε προϊόντα βρίσκεται στο σκυρόδεμα και άλλα δομικά υλικά, λέει ο Runeel Daliah, ανώτερος αναλυτής της Lux Research, που εδρεύει στο Άμστερνταμ. Η τεχνολογία είναι αποδεδειγμένη και επεκτάσιμη και θα μπορούσε να τροφοδοτήσει μια τεράστια παγκόσμια ζήτηση για σκυρόδεμα, δίνοντάς του τη δυνατότητα να κυριαρχήσει στην αγορά μετατροπής CO₂. «Το σκυρόδεμα είναι πραγματικά το μόνο όπου υπάρχει μόνιμη δέσμευση CO₂ στο προϊόν», λέει ο Daliah.

Ένας από τους ηγέτες σε αυτόν τον τομέα είναι η καναδική εταιρεία CarbonCure στο Χάλιφαξ. Η εταιρεία ιδρύθηκε το 2012 και εγχύει CO₂ σε φρέσκο ​​σκυρόδεμα για να σχηματίσει νανοσωματίδια ανθρακικού ασβεστίου, βελτιώνοντας την αντοχή σε θλίψη του σκυροδέματος, ώστε να χρειάζεται λιγότερο τσιμέντο. Επειδή η παραγωγή του τσιμέντου ευθύνεται για τις περισσότερες εκπομπές άνθρακα του σκυροδέματος, η εταιρεία λέει ότι αυτό θα μπορούσε να μειώσει το αποτύπωμα άνθρακα κάθε τόνου σκυροδέματος κατά περίπου 5% (ή 6 κιλά CO₂).

Η εταιρεία έχει εγκαταστήσει περισσότερες από 550 μονάδες έγχυσης CO₂ σε εργοστάσια σκυροδέματος σε όλο τον κόσμο, οι περισσότερες από αυτές στη Βόρεια Αμερική, με αποτέλεσμα να έχουν δεσμευθεί ήδη 150.000 τόνοι εκπομπών CO₂. Αλλά με περίπου 100.000 εργοστάσια σε όλο τον κόσμο να παράγουν περίπου 33 δισ. τόνους σκυροδέματος ετησίως, «πραγματικά είμαστε ακόμη στην αρχή», λέει η Jennifer Wagner, πρόεδρος της CarbonCure.

Ο Ramírez Ramírez λέει ότι η μετατροπή του CO₂ σε κατασκευαστικά υλικά προσφέρει πολύ πιο ξεκάθαρο κλιματικό όφελος από τη μετατροπή του σε καύσιμα. «Στην ανάλυση του κύκλου ζωής, μπορείτε να δείτε ότι τα οφέλη είναι πολύ μεγαλύτερα και νομίζω πολύ πιο ισχυρά».

Όσον αφορά την παραγωγή καυσίμων και άλλων χημικών ουσιών, τα περισσότερα προϊόντα που προέρχονται από CO₂ είναι επί του παρόντος πιο ακριβά από τα συμβατικά τους ανταγωνιστικά προϊόντα, λέει ο Josh Schaidle, ο οποίος ηγήθηκε μιας ανάλυσης για το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας των ΗΠΑ στο Γκόλντεν του Κολοράντο για 11 προϊόντα ανακυκλωμένου CO₂. Ωστόσο, θα μπορούσαν να έχουν ισχυρότερη επιχειρηματική υπόθεση, εάν μπορούν να επωφεληθούν από την ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές χαμηλού κόστους, καθώς και τις φορολογικές ελαφρύνσεις, τις επιδοτήσεις και τις ποσοστώσεις που στοχεύουν να απεξαρτήσουν τον κόσμο από τους ορυκτούς πόρους.

Στην Ευρωπαϊκή Ένωση, για παράδειγμα, μια ευρεία δέσμη κινήτρων πολιτικής υπό τη σημαία της Ευρωπαϊκής Πράσινης Συμφωνίας στοχεύει να καταστήσει το μπλοκ ουδέτερο ως προς το κλίμα έως το 2050. Εκκρεμής νομοθεσία καθορίζει ποσοστώσεις για τη χρήση καυσίμων που προέρχονται από CO₂ στις αερομεταφορές. Θα υπάρξουν μειωμένοι φόροι στα καύσιμα με βάση το CO₂ και η υπόσχεση άφθονης χρηματοδότησης της καινοτομίας για να βοηθηθούν οι τεχνολογίες να φτάσουν στο στάδιο της εμπορικής εφαρμογής.

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ορισμένες εταιρείες λένε ότι η πίστωση φόρου που ονομάζεται 45Q συμβάλλει στην ενθάρρυνση της μετατροπής CO₂. Πληρώνει στις βιομηχανίες 50$ για κάθε τόνο CO₂ που αποθηκεύουν μόνιμα υπόγεια ή 35$ εάν χρησιμοποιούν το CO₂ σε προϊόντα. Στην Κίνα, υπήρξε σχετικά μικρή εμπορική δραστηριότητα για την ανάπτυξη τεχνολογιών μετατροπής. Όμως, το 2021, βασικοί παίκτες στη γιγάντια βιομηχανία χημικών της Κίνας υποσχέθηκαν να επενδύσουν στην παραγωγή χημικών με βάση το CO₂, μια κίνηση που θα μπορούσε να κερδίσει οικονομική υποστήριξη μέσω της αγοράς εμπορίας άνθρακα της χώρας, η οποία ξεκίνησε πέρυσι.

Η επιτυχία των επιχειρήσεων μετατροπής CO₂, ωστόσο, θα μπορούσε να βασίζεται σε αναλύσεις κύκλου ζωής και άλλες μετρήσεις των ροών άνθρακα. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή, για παράδειγμα, αναπτύσσει έναν μηχανισμό πιστοποίησης αφαίρεσης άνθρακα για να παρέχει ένα πιο αυστηρό πλαίσιο για την επαλήθευση εάν μια διαδικασία πραγματικά αφαιρεί CO₂ μόνιμα.

Μέχρι στιγμής, οι αναλύσεις κύκλου ζωής προσφέρουν μια μάλλον αρνητική αξιολόγηση των περισσότερων στρατηγικών μετατροπής CO₂. Σε μια έκθεση που δημοσιεύθηκε τον Φεβρουάριο, η περιβαλλοντολόγος Kiane de Kleijne στο Πανεπιστήμιο Radboud στο Nijmegen της Ολλανδίας και οι συνάδελφοί της έψαξαν δεκάδες δημοσιευμένες αναλύσεις κύκλου ζωής για να συγκρίνουν διαδρομές μετατροπής CO₂ έναντι των συμβατικών τρόπων παραγωγής των ίδιων προϊόντων.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνέκριναν την εξοικονόμηση CO₂ από τις διαδικασίες ανακύκλωσης με τους στόχους της συμφωνίας του Παρισιού του 2015 για μείωση στο ήμισυ των παγκόσμιων εκπομπών CO₂ έως το 2030 και για επίτευξη καθαρών μηδενικών εκπομπών έως το 2050. «Διαπιστώσαμε ότι πολύ λίγες από αυτές τις διαδρομές πληρούν τα κριτήρια για συμβατότητα με τη συμφωνία του Παρισιού», λέει ο de Kleijne. Οι διαδρομές που ήταν υποσχόμενες το έκαναν με την αποθήκευση CO₂ μόνιμα, αναμειγνύοντας το αέριο με σκωρία από χαλυβουργεία για την κατασκευή δομικών τεμαχίων, για παράδειγμα.

Η πανεπιστημιακή κοινότητα που ασχολείται με κλιματικά θέματα και διεξάγει αναλύσεις κύκλου ζωής, συχνά σημειώνει ότι η γεωλογική αποθήκευση CO₂ είναι καλύτερη από τη μετατροπή επειδή προσφέρει πολύ μεγαλύτερες μειώσεις στις εκπομπές. Αυτό μπορεί να είναι αλήθεια, αλλά αγνοεί μια βάναυση οικονομική πραγματικότητα. «Η επαναφορά του άνθρακα στο έδαφος είναι δαπανηρή και δεν συμβαίνει σε ουσιαστική κλίμακα. Η εναλλακτική σε αυτό που κάνουμε σήμερα δεν είναι η αποθήκευση, είναι η εκπομπή στην ατμόσφαιρα», λέει ο Sarron.

Και αν τελικά η παγκόσμια οικονομία τερματίσει την εξάρτησή της από τον άνθρακα, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, οι βιομηχανίες του μέλλοντος μπορεί να χρειαστούν αυτές τις διαδικασίες μετατροπής του CO₂ για να παράγουν τα πολυμερή και άλλες χημικές ουσίες από τις οποίες εξαρτώμαστε. Ο De Kleijne λέει ότι πολύ συχνά, οι ακαδημαϊκοί που εκτελούν αναλύσεις κύκλου ζωής και οι εταιρείες που αναπτύσσουν συστήματα μετατροπής CO₂, καταλήγουν να συζητούν ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλον για αυτά τα θέματα.

Ωστόσο, υπάρχει τουλάχιστον ένα σημείο ευρείας συμφωνίας: ότι οι τεχνολογίες ανακύκλωσης CO₂ θα πρέπει τελικά να αντλούν όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος της πρώτης ύλης τους από την ατμό σφαιρα και όχι από τα απόβλητα βιομηχανικών αερίων. Ένα έργο που ονομάζεται Norsk e-Fuel στο Όσλο κάνει ένα βήμα προς αυτή την κατεύθυνση με ένα πιλοτικό εργοστάσιο στην Herøya της Νορβηγίας, το οποίο στοχεύει να αρχίσει να μετατρέπει το Syngas που προέρχεται από CO₂ σε καύσιμο αεριωθουμένων. Μέρος του CO₂ θα προέρχεται απευθείας από τον αέρα, παγιδευμένο από την τεχνολογία δέσμευσης άνθρακα που αναπτύχθηκε από την Climeworks, μια εταιρεία που αποσπάστηκε από το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας στη Ζυρίχη το 2009.

Αυτή η τεχνολογία βρίσκεται τώρα σε λειτουργία στο πρώτο μεγάλο εργοστάσιο πλήρους κλίμακας της Climeworks, το οποίο δεσμεύει CO₂ άμεσα από την ατμόσφαιρα. Το εργοστάσιο άνοιξε τον Σεπτέμβριο του 2021 στο Hellisheidi της Ισλανδίας. Θα δεσμεύει 4.000 τόνους CO₂ ετησίως για να αντληθεί υπόγεια. Κοστίζει 600 έως 800$ για να δεσμευτεί ένας τόνος CO₂ με αυτόν τον τρόπο -σχετικά φθηνό- αλλά η εταιρεία λέει ότι μπορεί να το μειώσει στο ένα δέκατο του κόστους καθώς επέρχονται οικονομίες κλίμακας.

Ακόμα κι αν υπάρχουν περιορισμένα κλιματικά οφέλη από τη μετατροπή των σημερινών εκπομπών CO₂ σε προϊόντα, ορισμένες εταιρείες υποστηρίζουν ότι είναι σημαντικό να αναπτυχθεί η τεχνολογία έτσι ώστε να είναι έτοιμη να τροφοδοτηθεί με το CO₂ από τον αέρα μόλις ωριμάσει η τεχνολογία άμεσης δέσμευσης από την ατμόσφαιρα. «Πιστεύω ότι είναι ένα έγκυρο επιχείρημα», λέει ο Ramírez Ramírez. «Αλλά πρέπει να προσέχουμε ότι είναι μέρος μιας μετάβασης, ώστε τελικά να αντικαταστήσουμε τον ορυκτό άνθρακα με βιώσιμες πηγές».