Så ska koldioxiden sugas tillbaka

”Senast år 2045 ska Sverige inte ha några nettoutsläpp av växthusgaser till atmosfären, för att därefter uppnå negativa utsläpp.”

Begreppet negativa utsläpp kan låta märkligt, men så står det i ett betänkande från miljörådsberedningen som kom i år. Vad som menas är att vi aktivt ska minska koldioxidnivåerna i atmosfären genom att fånga in och lagra koldioxiden.

– Om vi ska klara klimatmålen är det hög tid att vi börjar satsa på bioenergi med koldioxidinfångning, säger Magnus Rydén, som är docent vid Avdelningen för energi och miljö vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg.

Utvinning av energi från biobränslen ger i sig inte negativa utsläpp. Växter tar visserligen upp koldioxid när de växer – men den frigörs igen vid förbränningen av biomassan. Bioenergin är därför snarare koldioxidneutral, och detta gäller även vindkraften och solenergin.

Magnus Rydén forskar om en speciell förbränningsteknik som kan användas för infångning av koldioxid och kallas CLC, chemical looping combustion.

I ett modernt kraftvärmeverk sker förbränning av biomassa ofta i en så kallad fluidiserad bädd. Det innebär att fasta biobränslen förbränns i en eller flera kammare, som värms upp utifrån till cirka 900 grader. Luft pressas in i botten av kammaren med tillräcklig hastighet för att biomassan ska lyftas av luftströmmen och blandas med denna under förbränningen.

Värmen som genereras används för elproduktion eller som fjärrvärme. De rökgaser som bildas vid förbränningen innehåller bland annat vattenånga, kväve från luften samt ungefär 15 procent koldioxid. Om förbränningen ska leda till negativa utsläpp måste koldioxiden i rökgasen erhållas i ren form och också lagras, så att den inte slipper ut i atmosfären. Med konventionell teknik för gasseparation är detta en kostsam och energikrävande procedur. Men den förbränningsteknik som Magnus Rydén utvecklar gör processen avsevärt lättare.

CLC-tekniken använder två kammare med fluidiserande bäddar. Luft pressas in i den första kammaren och blandas med partiklar av en metallförening som oxideras av syret i luften. I den andra kammaren reagerar metallföreningen med bränslet och utgör på så sätt syrekällan för förbränningen. Metallföreningen, som kan vara i form av till exempel järn- eller manganmalm, fungerar som en syrebärare – den tar upp syre i den första kammaren och avger syret i den andra kammaren, där själva förbränningen av biomassan äger rum. Biomassan kommer alltså inte i kontakt med luft vid förbränningen och därmed slipper man utföra den kostsamma gasseparationen.

– Den första kammaren släpper bara ut kväve som är helt ofarligt för miljön. Ur den andra kammaren kommer vattenånga och koldioxid. När man kyler ner rökgasen så kondenserar vattenångan till vatten och man erhåller ren koldioxid.

Magnus Rydén och hans kolleger på Chalmers leder ett nystartat nordiskt forskningsprojekt, som går ut på att skapa förutsättningar för en fullstor demonstrationsanläggning för produktion av kraft eller värme från biomassa med hjälp av CLC-tekniken.

– Norden är rätt plats för en sådan satsning. Sverige och Finland är världsledande inom moderna metoder för att utnyttja biomassa, såsom förbränning i fluidiserad bädd, och Norge är världsledande inom koldioxidinfångning.

Magnus Rydén berättar att Norge införde en koldioxidskatt för sin oljeindustri redan 1995, och att detta har medfört stora satsningar på teknik för koldioxidinfångning. I Sverige, däremot, har myndigheterna visat föga intresse för sådana åtgärder.

– Men koldioxidinfångning och negativa emissioner har fått en del uppmärksamhet i medierna under senare år, så det är möjligt att polletten börjar trilla ner nu.

Negativa koldioxidutsläpp kräver alltså inte bara att koldioxiden fångas upp – den måste lagras också. Men det är gott om lagringsutrymmen: FN:s klimatpanel har beräknat att världens uttömda olje- och gasfyndigheter rymmer 600–900 miljarder ton koldioxid. Det finns en ännu större lagringskapacitet i så kallade salina akvifärer, vilket är formationer av porösa mineraler fyllda med saltvatten. Koldioxid kan förvaras i den porösa stenen, under förutsättning att den salina akvifären är avskild från havs- och dricksvatten, samt är omgärdad av fast berggrund. Med tiden omvandlas den lagrade koldioxiden till kolhaltiga mineraler och blir på så sätt en del av berggrunden. Detta är dock en mycket långsam process.

Redan i dag pågår lagring av koldioxid i berggrunden, så tekniken är beprövad. Ett exempel kommer från Norge, där gasplattformen Sleipner utvinner naturgas från en källa under Nordsjön. Gasen är blandad med koldioxid. Ombord på Sleipner separeras koldioxiden från naturgasen och pumpas ner i en salin akvifär som är belägen ovanför gasfyndigheten. Hittills har drygt 10 miljoner ton koldioxid lagrats på detta sätt.

I Sverige är det dock ont om lagringsutrymmen för koldioxid.

– Vår berggrund saknar i stort sett porösa formationer eftersom den mest består av urberg. Därför kan man inte enkelt lagra koldioxid under markytan.

Forskarna har letat efter förvaringsplatser för koldioxid under Östersjön, men resultaten är nedslående. Man hade förväntat sig att hitta lämpliga formationer sydost om Gotland, men utrymmet där har visat sig begränsat. Det finns dock betydande lagringsutrymmen i Skagerrack, i huvudsak i norska och danska vatten.

Men det går att lagra kol också i fast form, i form av träkol helt enkelt.

Biokol är i stort sett samma sak som träkol, men träkol tillverkas alltid av trä, medan biokol tillverkas av många olika sorters biomassa: trärester, majsblast, veteskal, halm och trädgårdsavfall.

Biokol tillverkas genom pyrolys. Det innebär att biomassan hettas upp i en ugn som inte släpper in luft. Den syrefria miljön i ugnen förhindrar att koldioxid bildas – i stället får man pyrolysgas, en blandning av vätgas, vattenånga, kolmonoxid och kväveföreningar. Man får också bioolja. Gasen och oljan kan användas för produktion av exempelvis fjärrvärme. Då frigörs ungefär hälften av kolet i biomassan i form av koldioxidutsläpp. Den resterande kolmängden binds som biokol.

Pyrolysen skapar alltså en möjlighet att lagra koldioxid i fast form – biokol. Under förutsättning att biokolet inte förbränns för energiutvinning så kan processen leda till negativa utsläpp. Men om man inte använder biokolet som energikälla, vad ska man då ha det till? Svaret på den frågan finner man i Amazonas regnskog.

Jordmånen i regnskog är vanligtvis ganska mager. Det beror på att tillväxtförhållandena är optimala – den täta vegetationen suger upp merparten av näringen ur marken. Men i Amazonas finns områden med mycket bördig jord. De kallas terra preta, ”den svarta jorden” på portugisiska. Det är biokol som gör jorden svart och bördig. Arkeologiska undersökningar visar att terra preta är lämningar efter ett jordbrukssamhälle som försvann för ungefär 500 år sedan. Människorna som levde här tillverkade troligtvis biokol med hjälp av enkla kolmilor.

– Biokolet har samma effekt som mull men med den viktiga skillnaden att mull bryts ner på några decennier medan biokolet finns kvar i tusentals år, säger Lars Hylander, docent i miljöanalys vid Sveriges lantbruksuniversitet.

Amazonas urbefolkning verkar alltså ha använt biokolet som jordförbättringsmedel. Lars Hylander och hans kolleger har provat hur biokolet fungerar i svensk jord. De gjorde odlingsförsök med korn i sandjord.

– Biokolet ökade skördarna med 5 till 15 procent, men egentligen vore det underligt om man skulle få riktigt stora skördeökningar i Sverige, eftersom vi gödslar så optimalt, säger Lars Hylander.

– Däremot får man ofta dubblad eller flerdubblad skördeeffekt i tropikerna, eftersom man gödslar mindre där och dessutom har besvärligare jordar som binder upp fosfor.

Lars Hylander är övertygad om att biokolet är en förutsättning för att tvågradersmålet ska kunna nås.

– Pyrolys i stället för totalförbränning är lösningen. Då får vi koldioxidnegativ energi.

För några år sedan publicerades en studie i den vetenskapliga tidskriften Nature som visar att en global satsning på energi från biokolsproduktion skulle kunna minska de årliga koldioxidutsläppen med 12 procent – och att detta skulle gå att genomföra utan negativa effekter på livsmedelsförsörjningen. Förutsättningen är att alla restprodukter från jord- och skogsbruk används för biokolsproduktion, samt att energigrödor planteras på övergiven jordbruksmark.

En nackdel med pyrolysen är att hälften av den energi som kan utvinnas ur biomassan blir kvar i biokolet. Totalförbränning av biomassan ger alltså dubbelt så mycket energi till elektricitet och fjärrvärme. Men många fjärrvärmeverk har överkapacitet, förklarar Lars Hylander, och orsaken är att de måste kunna täcka energibehoven när det är riktigt kallt.

– Om man bygger om värmeverken för pyrolys så kan man låta dem tillverka biokol under vår och höst när energibehoven inte är så stora. På sommaren däremot är energibehoven för små. Då är det bättre att använda sol- och vindenergi.

Det kan framstå som om negativa koldioxidutsläpp kräver väldigt tekniska åtgärder. Men det behöver inte vara så, det finns även enkla metoder. Ett exempel på det, som ofta nämns i rapporter från FN:s klimatpanel, är skogsplantering. Skogen tar upp koldioxid, och om skogen får stå kvar eller om träden används som virke så kan skogen ge upphov till negativa koldioxidutsläpp.

Det pågår en omfattande skövling av skog i tropikerna. Men samtidigt pågår en omfattande skogsplantering på andra platser. I Kina finns ett projekt som kallas ”den stora gröna muren”. Det går ut på att plantera skog för att stoppa Gobiöknens utbredning. Under det senaste decenniet har ungefär 20 000 kvadratkilometer skog planterats årligen – och den totala ytan planterad skog överstiger nu en halv miljon kvadratkilometer. Ryssland och USA har också storskaliga skogsplanteringsprojekt.

Men klimatvinsterna från skogsplanteringar kan vara svårbedömda. Det visar en ny rapport som handlar om Europas skogar.

Ett team med forskare från Frankrike, Tyskland och Nederländerna har analyserat klimateffekterna av Europas skogsbruk, från förindustriell tid och fram till i dag. Enligt beräkningarna har skogsarealerna i Europa ökat med 10 procent sedan 1750. Ökningen motsvarar en yta lika stor som Island och Ungern tillsammans. Trots detta har skogsbruket som bedrivits under samma period medfört att medeltemperaturen i Europa ökat med 0,12 grader.

Från 1750 och fram till ungefär 1850 minskade Europas skogsarealer med 190 000 kvadratkilometer. Det beror på att skog höggs ner och ersattes av åkermark. Efter denna period började skogsarealerna öka, en följd av att jordbruket intensifierandes och att behovet av ved minskade, eftersom vi i allt större utsträckning började använda fossila bränslen. Men det är framför allt barrskogen som har ökat – andelen lövskog har minskat från 70 till 43 procent sedan 1750.

Träd absorberar värme från solljuset, som annars skulle reflekteras mot marken och stråla ut i rymden. Skogen har alltså en värmande effekt – men barrträden binder mer värme än lövträden. Skogen har även en kylande effekt. Det beror på att träden avger fukt genom avdunstning. Barrträden avger dock mindre mängder fukt än lövträden. Därför leder en ökad andel barrträd till en ökad medeltemperatur, menar forskarna.

På nordliga breddgrader kan skogsplanteringar leda till extra kraftiga värmeökningar. Snön som faller under vinterhalvåret reflekterar stora mängder solenergi. Men när öppen mark som ängar och åkrar förskogas, minskar det totala snötäcket. Resultatet blir en dubbel klimatpåverkan: mindre värmereflektion och mer värmeabsorption.

– Skogsplantering och skogsrestaurering kan definitivt leda till negativa koldioxidutsläpp. Men det finns inte några historiska belägg för att det har en kylande effekt på Europas klimat, säger Sebastiaan Luyssaert vid Université Paris-Saclay i Frankrike, som är huvudförfattare till studien.

Koldioxidinlagring från biomassa ingår i de flesta klimatscenarier som FN:s klimatpanel presenterar, åtminstone i de scenarier som leder till att vi klarar tvågradersmålet under detta århundrade. Men trots att tekniken finns så har satsningarna hittills varit blygsamma. Det beror på att de nuvarande ekonomiska och politiska styrmedlen är för trubbiga.

Men det går även att göra väldigt mycket med bättre resurshushållning.

– För det är ju självklart så att den mest miljövänliga energin är den som aldrig behöver användas, säger Lars Hylander.