thumb|Skematisk mulighed for ændring af kulstofkredsløbet ved CCS
Geologisk CO2-lagring (også kaldet CCS efter engelsk: Carbon Capture and Storage, carbon capture and sequestration eller carbon control and sequestration) betegner processer, hvorved CO2 lagres fysisk i underjordiske hulrum eller lagres som kemiske forbindelser, hvor molekylært CO2 indlejres i et mineral, og på denne måde ophører med at være rent CO2. Begge de to nævnte metoder er almindeligt anerkendt som mulige partielle løsninger på klimaproblematikken, hvorved det globale kulstofkredsløb kan ændres med nye flux'er og reservoirer.
Lagring af CO2 i undergrunden Kuldioxidkoncentrationen i atmosfæren øges med menneskets teknologiske udvikling. Ganske vist bliver moderne teknologi både renere og mere effektiv end gammel, men der er mere af den og den gamle bliver for sjældent kasseret. Samtidig er gamle ulande på vej til at blive ilande med tilhørende forbrug og CO2-udledning. Det kan derfor blive nødvendigt at reducere kuldioxidkoncentrationen i atmosfæren direkte "før det går galt".
Lagring af CO2 kan enten ske i kemisk ren form i dybe underjordiske kamre, eller bundet i uorganiske mineraler som fx FeCO3. Fordelen ved det førstnævnte er at det er simplere. Fordelen ved det sidstnævnte er, at risikoen for utilsigtede udslip med katastrofale konsekvenser begrænses markant.
Fysisk lagring af CO2 Fysisk lagring af CO2Oversigts artikel om CO2-lagring. GEUS som gas, flydende eller fast stof kan forekomme i flere forskellige typer af geologiske lag i undergrunden. Disse lag kendes fra olie- og gasefterforskning, søgen efter geotermiske reservoirer og fra regionale geologiske kortlægninger. Lageret kan bestå af geologiske enheder med stor porøsitet og permeabilitet så som sand- eller kalklag. For at sikre, at kuldioxiden ikke bevæger sig opad og slipper ud til atmosfæren, skal dækbjergarten over lageret være gastæt og plastisk. I 2025 sejles flydende CO2 fra cementfabrik og pumpes i et reservoir under den norske del af Nordsøen.
Tryk og temperatur stiger med dybden når man borer ned i jorden. Ved 800 meter er trykket omtrent fem gange det ved jordoverfladen. Ved dette tryk går CO2 fra gasfase til flydende form.IPCC "Special Report on Carbon Capture and Storage, pp. 181 til 203 (Chapter 5, "Underground Geological Storage") IPCC Hvis man komprimerer kuldioxid og lagrer det i underjordiske kamre mere end 800 meter nede, kan man således forholdsvis let opbevare store mængder. GEUS vurderer at Danmark kan lagre 500 års udslip i sin undergrund.
Før et lager kan etableres, skal der udføres nøje geologiske forundersøgelser, som skal sikre, at lagrene er egnede og at kapaciteten er så stor, at det kan fungere i mindst 30 år – det er tidshorisonten for et almindeligt kraft/varmeværk. Der må desuden lægges planer for en overvågning af lageret i en længere årrække. Rent teknisk minder lagring af CO2 i reservoirer med salt porevand (kaldet saline akviferer) meget om lagring af naturgas, som det fx sker i Energinets gaslager i Stenlille på Sjælland og omtrent 100 andre steder i Europa. Der er dog væsentlige forskelle:
CO2 opløst i vand danner den svage syre kulsyre: CO2 + H2O → H2CO3, som kan påvirke bjergarten i reservoiret og dæklagene.
CO2 skal helst blive i reservoiret i tusinder af år eller mere.
Kulsyre, ligesom alle andre syrer, kan opløse kalk. Dette kender vi fra vores hverdag når, elkedlen afkalkes med eddikesyre. Det skyldes, at kalk er basisk og at syrer og baser altid reagerer med hinanden. Hvis nogle af dæklagene i et udvalgt reservoir viser sig at være kalkholdig, kan det opløste kulsyre derfor med tiden nedbryde kammerets gastætte integritet. Dette kan føre til store mængder udslip af CO2 tilbage til atmosfæren. Hvis dette skulle ske meget pludseligt, vil det få ganske katastrofale konsekvenser for jordens klima. Men selv hvis det ikke sker pludselig, kan det stadig være et problem med udslip og det debatteres derfor fortsat, hvor lang tid et sådan tænkt lager skal kunne holde tæt.
Kemisk lagring af CO2 i form af mineraler
Langt størstedelen af den CO2, vi har på jorden, findes allerede bundet i karbonatmineraler. Kulstofbinding – fx ved at reagere naturligt forekommende Mg- og Ca-indeholdende mineraler med CO2 og derved danne karbonater – har mange unikke fordele. Mest bemærkelsesværdigt er det faktum, at karbonater har en lavere energitilstand end CO2CO2 Mineral Sequestration Studies in US. Goldberg, Chen, O’Connor, Walters, Ziock (1998). National Energy Technology Laboratory. Hentet 12. januar 2009 fra: http://www.netl.doe.gov/publications/proceedings/01/carbon_seq/6c1.pdf , hvilket er grunden til, at karbonater er termodynamisk mere favorable og forekommer naturligt. Eksempelvis som forvitring af bjergarter over geologiske tidsperioder. Yderligere er råmaterialerne, så som magnesiumbaserede mineraler i stort omfang tilgængelige naturligt. Endelig er de naturligt producerede karbonater meget stabile, og derfor er genudslip af CO2 til atmosfæren slet ikke et problem.
Dog er almindelige karbonat dannelse langsomme under almindelige temperatur- og trykforhold. Forskergruppen Goldberg, Chen, O’Connor, Walters og Ziock (1998) forsøger i den refererede artikel at identificere en industriel anvendelig og samtidig miljømæssig forsvarlig rute til implementering af CO2, under hensyntagen til økonomiske hensyn.
I CO2-bindingsprocessen reagerer CO2 med metal-oxygenforbindelser (metaloxider), som producerer stabile karbonater. Denne proces foregår naturligt over mange år og er ansvarlig for meget af den kalksten, som forekommer på jordens overflade. Reaktionshastigheden kan gøres hurtigere, fx ved at reagere ved højere temperaturer og/eller tryk, eller ved at forbehandle mineralerne. Dog kræver alle disse tiltag naturligvis mere energi. IPCC estimerer, at et kraftværk udstyret med denne teknologi har brug for 60-180% mere energi end et traditionelt kraftværk uden (kapitel 7, side 321 og 330).IPCC special report on Carbon Dioxide Capture and Storage. Prepared by working group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Metz, B., O.Davidson, H. C. de Coninck, M. Loos, and L.A. Meyer (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 442 pp. Tilgælgelig i sit fulde på www.ipcc.ch (PDF – 22.8MB)
Den følgende tabelBeregnet ved med data fra Thermodynamic Properties of Minerals and Related Substances at 289.15 K and 1 bar (10 5 Pascals) … RA Robie & BS Hemingway, JR Fisher – US Geological Survey Bulletin, Washington, 1995 viser forskellige siliciumholdige mineraler, som forekommer naturligt i jordskorpen, deres reaktion med CO2, samt Gibbs fri energi for reaktionen. Gibbs fri energi er et udtryk for, om en reaktion er tilbøjeligt til at foregå den ene eller anden vej (mod produkt eller reaktant). Negative værdier betyder, at produktet favoriseres.
MineraltypeMineralReaktion: Silicat(mineral) + CO2(drivhusgas)Produkt: Karbonat(mineral) + Kvarts (bjergart; sand, glas)Gibbs fri energi(kJ/mol)OlivinerFayalitFe2SiO4 + 2 CO22 FeCO3 + SiO2-47ForsteritMg2SiO4 + 2 CO22 MgCO3 + SiO2-66,5PyroxenerFerrosilitFeSiO3 + CO2FeCO3 + SiO2-19,7WollastonitCaSiO3 + CO2CaCO3 + SiO2-34,4EnstatitMgSiO3 + CO2MgCO3 + SiO2-26,1
Det ses af reaktionerne i tabellen at CO2 går fra at være en fri gasart til at være bundet i forskellige karbonatmineraler, afhængig af hvilken silicat det har reageret med.
Succesfuld langtidslagring af CO2 i basalt "Nydannet" vulkansk basalt reagerer med kuldioxyd opløst i vand under dannelse af kalksten og kan dermed anvendes til langtidssikker geologisk CO2-lagring.09 juni 2016, videnskab.dk: Sensation: CO2 kan omdannes til kalksten på rekordtid. I et forsøg på Island har forskere pumpet CO2 blandet med vand ned i den vulkanske undergrund. Efter to år er drivhusgassen forsvundet, for den har reageret med klippen og er blevet til kalk Citat: "...Vandet med den opløste CO2 kunne nemt trænge igennem den meget porøse og finkornede basalt. Og bjergarten er rig på calcium, som CO2'en gik i forbindelse med...På et tidspunkt brød pumpen sammen, og forskerne fandt ud af, at den simpelthen var kalket fuldstændig til. Langt hurtigere end forventet var CO2'en omdannet til calciumcarbonat. Forskerne har også boret kalk op for at sikre sig, at det er den nedpumpede CO2, der er forvandlet til calciumcarbonat...Teknikken til at indfange CO2 fra elværker eller industri er velkendt, og der findes allerede anlæg rundt omkring på kloden. Nu står det oven i købet klart, at man kan sende CO2 ned i basalt-undergrund, hvor den bliver til bjergarter i løbet af et par år...Det burde stå klart, at fangst og lagring af CO2, forkortet CCS for 'carbon capture and storage', har potentialet til at dæmpe den globale opvarmning, så vi kan købe os lidt tid i omstillingen til bæredygtig energi..."
Fordele og ulemper ved Fysisk / Kemisk lagring Fordelene ved fysisk lagring ligger lige for; den nødvendige viden og teknologi eksisterer allerede i dag. Ulemperne lige så; faren for udslip eksisterer – med garanterede katastrofale følger. De meget store mængder nødvendig lagerplads gør også ideen svært spiselig for mange eksperter. Eksempelvis vil et stort kulfyret kraftværk med et årligt CO2 udslip på 8 millioner ton kræve 10 millioner kubikmeter underjordisk plads om året. Hvis kraftværket har en levetid på 30 år bliver det til 300 millioner kubikmeter udledt CO2. Så store underjordiske kamre, er der endnu ikke fundet mange af.CO2 Sequestration in Deep Sedimentary Formations, Benson and Cole (2008). Elements 4,5 () side 325 Alternativt kan man selvfølgelig flytte rundt på CO2'en med rør eller lastbiler, men det koster naturligvis også penge og energi.
Kemisk lagring af CO2 i form af mineraler har mange fordele i forhold til fysisk lagring. Når CO2'en er bundet slipper den ikke fri igen, må siges at være den vigtigste. Mængden af CO2 bundet i karbonater er 40.000 gange større end mængden i atmosfærenMineral Carbonation of CO2 Oelkers, Gislason and Matter (2008). Elements 4,5 () side 333. Selv hvis man forestiller sig en total lagring af CO2 i karbonat vil der derfor ikke komme relativt meget mere til. I modsætning hertil står opbevaring i oceanerne, som kun indeholder 52 gange mere CO2 end atmosfæren. Karbonatlagring er klart at foretrække frem for fysisk og/eller maritim lagring, omend der stadig er et stykke vej før metoden kan implementeres industrielt.
Selvom CO2 lagring ser lovende ud, er de fleste forskere enige om at det ikke er en permanent løsning, men blot et mellemstadie på vej mod en mere bæredygtig fremtid. Den nye løsning på klimaproblematikken må indeholde energiproduktion uden eller kun med minimalt udslip af drivhusgasser. Nutidige eksempler herpå er de vedvarende energiformer vindenergi, vandkraft og solenergi samt atomenergi. Om hvorvidt det er nødvendigt og anbefalelsesværdigt at forske og investere i en midlertidig løsning er til stor debat. Modstandere mener ikke det er uoverkommeligt at springe mellemløsningen over og alene satse på vedvarende energi eller atomkraft.
Hvorfor overhovedet oplagre CO2? De sidste 150 år er koncentrationen af CO2 i atmosfæren vokset markant.IPCC's samlede 2001-rapport om klimaforandringer IPCC Mange forskere mener, at dette skyldes menneskers udledning i forbindelse med produktion og udvikling. Hvis der udvikles bæredygtige eller ligefrem CO2-neutrale produktionsmetoder, kan den menneskelige udledning mindskes. Et eksempel på en metode til CO2-neutralisering, som ikke kræver total omlægning af de nuværende produktionsmetoder, er lagring af CO2 i undergrunden eller i mineralske bjergarter. Dette forekommer lettere end mange alternativer – hvis CO2'en kan hentes ud af fabrikkens røgafgasning, fordi man så ikke behøver ændre på den almindelige produktionsprocedure.
CO2
Gasarten CO2 er en uundgåelig del af vores hverdag. Den findes naturligt i vore omgivelser og er også kendt som kultveilte (gammelt navn), kuldioxid eller tøris.