Captura direta de ar - Direct air capture
A captura direta de ar ( DAC ) é um processo de captura de dióxido de carbono ( CO
2) Directamente a partir do ar ambiente (em oposição a captura de fontes pontuais , tais como um cimento fábrica ou biomassa usina ) e gerando uma corrente concentrada de CO
2para o sequestro ou a utilização ou a produção de combustível neutro em carbono e windgas . A remoção do dióxido de carbono é obtida quando o ar ambiente entra em contato com meios químicos, normalmente um solvente alcalino aquoso ou sorventes funcionalizados. Esses meios químicos são posteriormente despojados de CO 2 por meio da aplicação de energia (ou seja, calor), resultando em uma corrente de CO 2 que pode sofrer desidratação e compressão, enquanto simultaneamente regenera os meios químicos para reutilização.
O DAC foi sugerido em 1999 e ainda está em desenvolvimento, embora várias fábricas comerciais estejam em operação ou planejando na Europa e nos Estados Unidos. A implantação de DAC em grande escala pode ser acelerada quando conectada a casos de uso econômicos ou incentivos de política.
O DAC não é uma alternativa para captura e armazenamento de carbono de fonte pontual (CCS) tradicional, mas pode ser usado para gerenciar emissões de fontes distribuídas, como gases de escapamento de carros. Quando combinado com armazenamento de longo prazo de CO
2, O DAC pode atuar como uma ferramenta de remoção de dióxido de carbono , embora em 2021 não seja lucrativo porque o custo por tonelada de dióxido de carbono é várias vezes o preço do carbono .
Métodos de captura
As técnicas comerciais requerem grandes ventiladores para empurrar o ar ambiente através de um filtro. Lá, um solvente líquido - geralmente à base de amina ou cáustico - absorve CO
2de um gás. Por exemplo, um solvente cáustico comum: hidróxido de sódio reage com CO
2e precipita um carbonato de sódio estável . Este carbonato é aquecido para produzir um CO gasoso altamente puro
2Stream. O hidróxido de sódio pode ser reciclado do carbonato de sódio em um processo de caustificação . Alternativamente, o CO
2liga-se ao sorvente sólido no processo de quimissorção . Através do calor e do vácuo, o CO
2 é então dessorvido do sólido.
Dentre os processos químicos específicos que estão sendo explorados, três se destacam: causticação com hidróxidos alcalinos e alcalino-terrosos, carbonatação e sorventes híbridos orgânico-inorgânicos constituídos de aminas suportadas em adsorventes porosos .
Outros métodos explorados
A ideia de usar muitos pequenos depuradores DAC dispersos - análogos às plantas vivas - para criar uma redução ambientalmente significativa de CO
2níveis, deu à tecnologia o nome de árvores artificiais na mídia popular.
Sorvente de balanço de umidade
Em processo cíclico desenhado em 2012 pelo professor Klaus Lackner , diretor do Centro de Emissões Negativas de Carbono (CNCE), diluir CO
2pode ser eficientemente separado usando uma resina de polímero de troca aniônica chamada Marathon MSA, que absorve CO do ar
2quando seco, e o libera quando exposto à umidade. Grande parte da energia para o processo é fornecida pelo calor latente de mudança de fase da água. A tecnologia requer mais pesquisas para determinar sua relação custo-benefício.
Estruturas metal-orgânicas
Outras substâncias que podem ser usadas são estruturas metal-orgânicas (ou MOFs).
Membranas
Separação de membrana de CO
2dependem de membranas semipermeáveis. Este método requer pouca água e tem uma pegada menor.
Impacto ambiental
Os defensores do DAC argumentam que é um componente essencial da mitigação das mudanças climáticas . Os pesquisadores postulam que o DAC poderia ajudar a contribuir para os objetivos do Acordo Climático de Paris (ou seja, limitar o aumento da temperatura média global bem abaixo de 2 ° C acima dos níveis pré-industriais). No entanto, outros afirmam que contar com essa tecnologia é arriscado e pode adiar a redução de emissões sob a noção de que será possível corrigir o problema mais tarde, e sugerem que reduzir as emissões pode ser uma solução melhor.
O DAC que depende da absorção à base de amina exige uma entrada significativa de água. Foi estimado que para capturar 3,3 Gigatoneladas de CO
2um ano exigiria 300 km 3 de água, ou 4% da água usada para irrigação . Por outro lado, o uso de hidróxido de sódio requer muito menos água, mas a substância em si é altamente cáustica e perigosa.
O DAC também requer uma entrada de energia muito maior em comparação com a captura tradicional de fontes pontuais, como gás de combustão , devido à baixa concentração de CO
2. A energia mínima teórica necessária para extrair CO
2do ar ambiente é cerca de 250 kWh por tonelada de CO
2, enquanto a captura de usinas de gás natural e carvão requerem, respectivamente, cerca de 100 e 65 kWh por tonelada de CO
2. Por causa dessa demanda implícita de energia, alguns promotores da geoengenharia propuseram o uso de "pequenas centrais nucleares" conectadas a instalações DAC.
Quando o DAC é combinado com um sistema de captura e armazenamento de carbono (CCS) , ele pode produzir uma planta de emissões negativas, mas exigiria uma fonte de eletricidade sem carbono . O uso de qualquer eletricidade gerada por combustível fóssil acabaria liberando mais CO
2para a atmosfera do que capturaria. Além disso, o uso do DAC para recuperação aprimorada de petróleo cancelaria quaisquer supostos benefícios de mitigação do clima.
Formulários
As aplicações práticas do DAC incluem:
- recuperação aprimorada de óleo ,
- produção de combustível sintético neutro em carbono e plásticos,
- carbonatação de bebidas ,
- sequestro de carbono ,
- melhorando a resistência do concreto,
- criando alternativa de concreto neutro em carbono,
- aumentando a produtividade das fazendas de algas,
- enriquecimento do ar em estufas
Essas aplicações requerem diferentes concentrações de CO
2produto formado a partir do gás capturado. Formas de sequestro de carbono, como armazenamento geológico, requerem CO puro
2produtos (concentração> 99%), enquanto outras aplicações, como agricultura, podem funcionar com produtos mais diluídos (~ 5%). Uma vez que o ar que é processado através do DAC originalmente contém 0,04% de CO
2 (ou 400 ppm), criar um produto puro requer mais energia do que um produto diluído e, portanto, é normalmente mais caro.
O DAC não é uma alternativa à captura e armazenamento de carbono de fonte pontual (CCS) tradicional, mas sim uma tecnologia complementar que pode ser utilizada para gerenciar as emissões de carbono de fontes distribuídas, emissões fugitivas da rede CCS e vazamentos de formações geológicas. Como o DAC pode ser implantado longe da fonte de poluição, o combustível sintético produzido com esse método pode usar a infraestrutura de transporte de combustível já existente.
Custo
Um dos maiores obstáculos para a implementação do DAC é um custo necessário para separar o CO
2e ar. Um estudo de 2011 estimou que uma planta projetada para capturar 1 megatonelada de CO
2um ano custaria US $ 2,2 bilhões. Outros estudos do mesmo período colocam o custo do DAC em US $ 200-1000 por tonelada de CO
2 e $ 600 por tonelada.
Um estudo econômico de uma planta piloto em British Columbia, Canadá , conduzido de 2015 a 2018, estimou o custo em $ 94–232 por tonelada de CO atmosférico
2removido. Vale ressaltar que o estudo foi feito pela Carbon Engineering , que tem interesse financeiro na comercialização de tecnologia DAC.
A partir de 2011, CO
2custos de captura para solventes à base de hidróxido geralmente custam US $ 150 por tonelada de CO
2. A separação atual à base de amina líquida é de US $ 10-35 por tonelada de CO
2. CO com base em adsorção
2os custos de captura estão entre US $ 30-200 por tonelada de CO
2. É difícil encontrar um custo específico para DAC porque cada método tem uma grande variação na regeneração do sorvente e nos custos de capital.
A implantação de DAC em grande escala pode ser acelerada por incentivos políticos como o 45Q ou o padrão de combustível de baixo carbono da Califórnia .
Desenvolvimento
Engenharia de Carbono
É uma empresa comercial DAC fundada em 2009 e apoiada, entre outros, por Bill Gates e Murray Edwards . Em 2018, eles operam uma planta piloto em British Columbia, Canadá, que está em uso desde 2015 e é capaz de extrair cerca de uma tonelada de CO
2um dia. Um estudo econômico de sua planta piloto conduzido de 2015 a 2018 estimou o custo em $ 94–232 por tonelada de CO atmosférico
2 removido.
Ao fazer parceria com a empresa de energia da Califórnia Greyrock, eles convertem uma parte de seu CO concentrado
2em combustível sintético , incluindo gasolina, diesel e combustível de aviação.
A empresa usa uma solução de hidróxido de potássio . Reage com CO
2para formar carbonato de potássio , que remove uma certa quantidade de CO
2 do ar.
Climeworks
Sua primeira planta DAC em escala industrial, que começou a operar em maio de 2017 em Hinwil , no cantão de Zurique, na Suíça, é capaz de capturar 900 toneladas de CO
2por ano. Para reduzir suas necessidades de energia, a planta usa o calor de uma planta local de incineração de resíduos . O CO
2 é usado para aumentar a produção de vegetais em uma estufa próxima.
A empresa afirmou que custa cerca de US $ 600 para capturar uma tonelada de CO
2 do ar.
A Climeworks fez parceria com a Reykjavik Energy no projeto CarbFix lançado em 2007. Em 2017, o projeto CarbFix2 foi iniciado e recebeu financiamento do programa de pesquisa Horizonte 2020 da União Europeia . O projeto da planta piloto CarbFix2 é executado ao lado de uma usina geotérmica em Hellisheidi, Islândia . Nesta abordagem, CO
2é injetado 700 metros abaixo do solo e mineraliza na rocha basáltica formando minerais carbonáticos. A planta DAC usa calor residual de baixo grau da planta, eliminando efetivamente mais CO
2 do que ambos produzem.
Termostato Global
É uma empresa privada fundada em 2010, localizada em Manhattan, New York , com fábrica em Huntsville, Alabama . O termostato global usa absorventes à base de amina ligados a esponjas de carbono para remover CO
2da atmosfera. A empresa tem projetos que variam de 40 a 50 mil toneladas / ano.
A empresa afirma remover CO
2 por US $ 120 por tonelada em suas instalações em Huntsville.
A Global Thermostat fechou negócios com a Coca-Cola (que visa usar DAC para obter CO
2para suas bebidas carbonatadas) e a ExxonMobil, que pretende ser pioneira em um negócio de DAC para combustível usando a tecnologia de termostato global.
Soletair Power
É uma startup fundada em 2016, localizada em Lappeenranta , Finlândia , atuando nas áreas de DAC e Power-to-X . A inicialização é apoiada principalmente pelo grupo de tecnologia finlandês Wärtsilä . De acordo com a Soletair Power , sua tecnologia é a primeira do mundo a combinar DAC com integração predial. Absorve CO
2de unidades de ventilação dentro de edifícios e captura para melhorar a qualidade do ar. Em vez de apenas reduzir as emissões de carbono, eles se concentram no fato de que o DAC pode melhorar a função cognitiva dos funcionários em 20% por 400 ppm de CO interno
2 removido, de acordo com um estudo de Harvard.
A empresa usa o CO capturado
2na criação de combustível renovável sintético e como matéria-prima para aplicações industriais. Em 2020, a Wärtsilä , junto com Soletair Power e Q Power , criaram sua primeira unidade de demonstração de Power-to-X para Dubai Expo 2020 , que pode produzir metano sintético a partir de CO capturado
2 dos edifícios.
Combustíveis Prometheus
É uma empresa start-up sediada em Santa Cruz que foi lançada da Y Combinator em 2019 para remover CO 2 do ar e transformá-lo em gasolina e combustível de aviação com zero líquido de carbono. A empresa utiliza a tecnologia DAC, adsorvendo CO 2 do ar diretamente em eletrólitos de processo, onde é convertido em álcoois por eletrocatálise . Os álcoois são então separados dos eletrólitos usando membranas de nanotubos de carbono e transformados em gasolina e combustíveis para aviação. Como o processo usa apenas eletricidade de fontes renováveis , os combustíveis são neutros em carbono quando usados, não emitindo CO 2 líquido para a atmosfera.
Outras companhias
- Infinitree - anteriormente conhecido como Kilimanjaro Energy and Global Research Technology. Parte do Dissipador de Carbono com sede nos EUA. Demonstrou um pré-protótipo de tecnologia DAC economicamente viável em 2007
- Skytree - uma empresa da Holanda
- Centro de Pesquisa de Captura e Armazenamento de Carbono do Reino Unido
- Centro de Emissão Negativa de Carbono da Arizona State University
- Carbyon - uma empresa iniciante em Eindhoven, Holanda
- TerraFixing - Uma startup em Ottawa, Canadá
- CarbFix - uma subsidiária da Reykjavik Energy , Islândia