Användandet av fossila energikällor medför stora nettotillskott av koldioxid till atmosfären och anses idag vara den huvudsakliga orsaken till den globala uppvärmningen. Dessa kolhaltiga energikällor är bland andra sten- och brunkol, olja och naturgas och används såväl i den stationära sektorn för kraft- och värmeproduktion, som i transportsektorn som drivmedel.
Problembilden med utsläpp av koldioxid måste bemötas på olika sätt beroende på vilken sektor det gäller. I den stationära sektorn kan det handla om metoder för att fånga in koldioxid från rökgaser under eller efter förbränningsprocessen. Framförallt arbetar stora kraftbolag världen över med att utveckla metoder för att fånga in samt lagra koldioxid.
Många små utsläppskällor
Det är ett betydligt större problem att minska koldioxidutsläppen inom transportsektorn! Jämfört med den stationära sektorn, där relativt få men stora rökgasströmmar är tillgängliga för koldioxidseparation, utgörs transportsektorn av väldigt många och små utsläppskällor. Realistiskt sett så är det omöjligt att försöka fånga in koldioxid från dessa källor med dagens tekniker. Istället bör man se ett steg tidigare i ledet och fokusera på energikällan.
En förnybar energikälla skulle medföra ett minimerat nettotillskottet av koldioxid. Användandet av el och då helst förstås förnybar el inom transportsektorn är av energiresursskäl idag högst önskvärt. Om koldioxid skulle kunna användas som råvara för bränsleproduktion så skulle detta ge en i viss mening dubbel koldioxideffekt, dels återvinns koldioxid istället för att släppas ut, dels produceras ett bränsle som ersätter ett bränsle som hade kunnat ge ett nettotillskott av koldioxid vid användandet (detta beror förstås på om detta är förnybart eller inte!).
Hur skulle detta kunna gå till?
Jo, en möjlighet att vända koldioxidproblemet till en fördel är att betrakta koldioxiden som en råvara för produktion av fordonsbränslen; antingen ett flytande eller ett gasformigt. Tanken är att koldioxiden initialt omvandlas till relativt enkla molekyler såsom metanol (CH3OH) eller metan (CH4) och sedan eventuellt syntetiseras vidare till lämpliga kolväten eller alkoholer. Metan, som är huvudkomponenten i naturgas och biogas, är huvudalternativet i detta projekt. Omvandlingen sker enligt följande reaktion, vilken också är känd som Sabatier-reaktionen:
CO2 + 4H2 > CH4 + 2H2O + värme.
Det vill säga att koldioxid reagerar med vätgas och bildar metan och vatten under värmeavgivning!
Här kommer elen in
Som synes av reaktionsformeln ovan, så krävs att man har tillgång till vätgas. Det är här som elen kommer in! Genom att använda förnybar el för att elektrolysera vatten kan man producera den vätgas som krävs för reaktionen ovan! Vätgasen reagerar med koldioxid under förhöjt tryck (10 bar) och temperatur (300 °C) med hjälp av en katalysator. Det metan, som bildas, kan användas till drivmedel medan värmet och energin i vattenångan kan återanvändas, antingen internt inom processen eller för andra uppvärmningsapplikationer.
Då den kemiska jämvikten begränsar hur mycket metan, som kan bildas, kommer en viss andel av koldioxiden och vätgasen att förbli oreagerad. Slutprodukt blir därmed en blandning av metan och vätgas (även kallat hytan) efter att koldioxid och vattenånga avskiljts. Enligt studier är metan med låga halter vätgas (upp till 20%) ett mycket lämpligt bränsle för dagens befintliga biogasfordon. Provkörningar har bland annat gjorts i Malmö med naturgasdrivna bussar. Med små till inga modifikationer drevs dessa av metanvätgas- blandningen med avsevärda reduktioner i både bränsleförbrukning och koldioxidutsläpp.
Detta nya sätt att involvera el i transportsektorn kräver alltså inte nya effektiva batterier, inte nya laddstationer med tillhörande infrastruktur, inte nya bilar utrustade med ett laddhybridsystem, utan dagens gasfordon kan, med små modifikationer, användas med mycket gott resultat!
Författare
:
Per Alvfors
forskar om Energiprocesser, Kemiteknik, Kemivetenskap på KTH.
Farzad Mohseni
forskar om Energiprocesser, Kemiteknik, Kemivetenskap på KTH.