Drömkalkyler för koldioxidavskiljning (CCS)

Glada ingenjörsdrömmar

Kontrasten mellan dröm och verklighet är stor inom klimatrörelsen. Decenniers drömmar om sol, vind och vatten som världens energikällor har inte rubbat den hårda verklighetens 85 procent fossila bränslen och 6 procent kärnkraft. Bara fyra procent av den energi som håller världen igång genereras mjukt med sol, vind och vatten, och fyra procent med biomassa. I vakenvärlden syns inte heller någon revolutionerande ny energikälla som skulle kunna ändra situationen.

De fossila bränslena är en ändlig resurs och slutet för olja och gas beräknas komma inom hundra år, och för kol inom trehundra. För närvarande förbränns de i större utsträckning än någonsin förr. Resultatet är ≈ 390 exajoule (390 ×10¹⁸ J) energi per år och ≈ 32 gigaton (32 x 10⁹ ton) koldioxid per år som utsläpp i atmosfären.

Koldioxiden är en faktor i växthuseffekten som gör jorden beboelig med en medeltemperatur runt +15 ^oC (288K) istället för -18 ^oC (255K). Den så kallade AGW-hypotesen (Anthropogenic Global Warming) hävdar att mera koldioxid i atmosfären kommer att leda till en självförstärkande och irreversibel katastrofal uppvärmning. Exempel här och här. Halten har stigit med 74 ppm på fyrtiofyra år, från 313 ppm 1958 till 387 ppm 2010. Om trettiosju år (2047) kan den väntas passera 450 ppm.

Ett av sätten att bromsa ökningen är koldioxidavskiljning, CCS (Carbon Capture and Storage). Kalkyler för metodens implementering finns i en Technology Roadmap on CCS gjord av IEA (International Energy Agency, en organisation inom OECD med 28 medlemsstater inklusive Sverige). Så här ser scenariot ut.

IEA:s vägkarta till 2050

IEA fäster ingen vikt vid Kyotoprotokollet. Istället kalkylerar man med en halvering av utsläppsnivån 2005 (29 Gt) till 14 Gt år 2050. Från den beräknade ökningen på 62 Gt utan åtgärder eliminerar man 48 Gt genom presumtiva kilar (wedges) av effektivisering (54 procent = 26 Gt), förnybara energikällor (21 procent = 10 Gt) och CCS 19 procent (9 Gt). 

Bill Gates föredrag "Innovating to Zero" var en uppmaning till tekniker/uppfinnare att göra underverk. I klartext: ingen ersättning för fossila bränslen finns.  Han snuddade vid volymproblemen med CCS men nämnde inte kostnaderna eller energiförlusterna.

Att separera, transportera och lagra nio gigaton (miljarder ton, 10⁹ ton) koldioxid är ett stort och kostnadskrävande projekt med bistra konsekvenser för världens energiförsörjning. Problemen berörs oftast inte alls eller också med mycket lätt hand. Här tar jag upp två kinkiga punkter: (i) energiförluster och (ii) avfallsvolymer.

Energiförluster:
Att separera koldioxiden ur industriella rökgaser beräknas öka energiförbrukningen hos primärindustrin med 25-40 procent. Låt oss se på brunkolskraftverket Jänschwalde (bekant för läsarna av Andas lugnt genom poster här, här och här). Med en installerad effekt på 3 000 MWe producerar det 22 miljarder kWh per år = 22 terawattimmar, TWh (10¹² Wh). Verket eldar upp 12 miljoner ton lågvärdig brunkol (kolhalt 55 procent) per år och släpper ut 24 megaton koldioxid.

Om avskiljningen skulle ta 30 procent av den genererade energin 22 TWh/år skulle förlusten bli 6,6 TWh/år och leveransen av el sjunka till 15,4 TWh/år med samma bränsleförbrukning. En förlust motsvarande elproduktionen hos Sveriges tre största vattenkraftverk Stornorrforsen (2,3 TWh/år), Harsprånget (2,1) och Messaure (1,9). Vid ett kolkraftverk. 

Tyskland har ett trettiotal koleldade kraftverk och de tio ”smutsigaste” släpper ut 165,3 megaton koldioxid per år. Med utgångspunkt i Jänschwaldes värden skulle koldioxidavskiljning enbart hos dessa tio innebära en produktionsförlust runt 44 TWh/år – nästan lika mycket som Sveriges hela kärnkraftsel år 2009 (50 TWh). 

En kWh i Tyskland kostar 0,3 USD. Till det priset är 44 TWh värt 13,2 miljarder USD ≈ 90 miljarder SEK. Om året. Som jämförelse motsvarar det kostnaden för Sveriges försvar 45 miljarder och utbildning och universitetsforskning 50 miljarder om året.

Se också på Sydafrika – Afrikas enda industrination. Landet producerar 240 TWh per år varav 77 procent (185 TWh/år) genereras från kol.

Sydafrika har världens fjärde största kolkraftverk Medupi med en installerad kapacitet på 4 800 MW. Bränsleåtgången är 17 miljoner ton (megaton) lågvärdigt kol per år och koldioxidutsläppet 30 megaton. I närheten ligger Matimba kolkraftverk med kapacitet 3 990 MW, produktion 24 TWh/år och koldioxidutsläpp 26 megaton/år. Ett tredje, Majuba, har en installerad kapacitet på 4 110 MW och koldioxidutsläpp 28 megaton/år. Koldioxidmängd att avskilja enbart hos dessa tre 84 Mt/år, beräknad energiförlust  25 TWh/år, kostnad 50 miljarder SEK/år.

Dessutom har Sydafrika världens största exporthamn för kol som skeppar ut 91 miljoner ton kol per år. Givetvis till förbränning som genererar 337 miljoner ton (megaton) koldioxid oavsett var den förbränns. Att införa CCS där skulle kräva förhandlare med aldrig skådade förmågor. (Sådana som kunde lösa tvisten mellan Israel och palestinierna.)

I diskussioner om koldioxidavskiljning skjuter man de ekonomiska konsekvenserna framför sig. Men den dag det gäller pengar på bordet går det sannolikt med storskalig CCS som med EU:s beryktade klimatfond på 100 miljarder euro om året till ”klimatunderprivilegierade” länder. Det blir inget.

Avfallsvolymer: 

Vid mellanlagring, transport och slutförvaring hanteras koldioxiden som vätska. Under 56 atmosfärers tryck har den täthet 0,77 kg/liter vid +20 ^oC. Ett ton har då volymen 1,3 kubikmeter eller räknat i oljeindustrins fat (159 liter) 8,2 fat. 

Ett gigantiskt icke-produktivt nät av pipelines större än dagens olje- och gasnät skulle behövas för transport av den flytande koldioxiden. Enligt tekniska krav får ledningar endast användas för det de byggts för så dagens nät skulle formellt inte duga. (Efter muller bland världens skattebetalare skulle förstås byråkraterna få ge sig.)

Nio gigaton (miljarder ton) som är IEA:s förslag skulle bli 74 miljarder fat flytande koldioxid. Årligen. Mer än dubbelt så stor volym som världens samlade olje- och gasproduktion som var 30 miljarder fat år 2008 när den stod på topp. Kvittblivning av koldioxid från rökgaser kan bli den största tekniska transporten av vätska i mänsklighetens historia (om den kommer till stånd).

I motsats till oljeutvinningen som förutses avta, är CCS ett öppet projekt med flerhundraårig framtid. Driften kommer att kosta enorma pengar – i runda tal trettio procent av värdet på energin i världens samlade fossila bränsletillgångar. Om AGW-hypotesen får slå igenom.

Ännu allvarligare är att CCS genomförd i stor skala skulle minska – eller beskatta – de ändliga tillgångarna på fossil energi med cirka 30 procent. Nämligen den andel som skulle gå åt vid den improduktiva separeringen-transporten-deponeringen av koldioxiden. Vid oförändrad energi­produktion skulle tillgångarna räcka så mycket kortare tid  - kanske sjuttio-åttio år för oljan/gasen och runt tvåhundra år för kolet om dagens uppskattningar är riktiga.

Eftersom energibehovet i världen utan tvivel kommer att öka skulle konsekvenserna bli ännu mycket värre än jag skisserat här. 



Klimathotet
 
Med all respekt för de AGW-troende och för en inte helt otänkbar måttlig klimateffekt av koldioxidutsläppen är det väldigt svårt att se koldioxidavskiljning CCS som en etablerad del av framtidens energiproduktion. Några kalla vintrar till i västvärlden och en fortsatt flack eller rentav nedgående global temperaturkurva och tekniken kommer att stanna vid de redan påbörjade pilotanläggningarna. 

Klimathotet är en psykisk upplevelse. Människans psyke hukar sig bara kortvarigt för icke materialiserade hot. Kommer inte den stora smällen eller den väldiga översvämningen snart repar hon humör igen och lever vidare som förut.
 
Som exempel på sådan levnadsoptimism har jag tidigare citerat akademiledamoten Nils Lorens Sjöbergs dikt om bataverna. För omväxlings skull väljer jag nu slutet på Nils Ferlins  

Den stora kometen

[...]

Vi sitter där vi sitter nu

och har det ej så galet.

Den där kometen kommer ju

tre gånger i kvartalet.


Än är han här, än är han där

och krumelurar värre.

Vi skålar för den dag som är

och litar på Vår herre!

Cheers!