Norsksveitsisk prosjekt: Klynger av flytende øyer kan lage drivstoff av CO2 fra havet

Norske og sveitsiske forskere ved NTNU i Trondheim, ETH Zürich, samt Empa, PSI og universitetene i Bern og Zürich holder på med et spektakulært prosjekt som skal kunne konvertere solenergi til elektrisk energi, mens CO₂ hentet fra sjøvann skal kunne erstatte fossilt brensel.

Det er snakk om klynger av havbaserte, flytende øyer som dekkes av fotovoltaiske paneler som kan konvertere solenergien til elektrisk energi for elektrolytisk framstilling av hydrogen og ekstraksjon av CO₂ fra sjøvann.

– Gassene brukes for syntese av metanol som erstatning for fossilt brensel, opplyser Frode Mo, professor emeritus ved institutt for fysikk på NTNU til Teknisk Ukeblad.

Årsakene til at det er sjøvann som skal brukes, er primært at konsentrasjonen per volum enhet i sjøvann er omtrent 125 ganger større enn i luft, og at aktiviteten skal foregå i havet.

– To forskjellige prosesser er demonstrert på lab-skala av grupper i USA. Vi mener at ekstraksjon fra sjøvann vil la seg gjøre på større skala. Men vi kjenner ikke nå kostnadene, og hvor lett det vil være å gjøre dette teknisk, ifølge Mo.

– Et bedre alternativ enn lagring

Forskerne har for første gang gjort en detaljert studie av en slik syklisk gjenvinningsprosess, og resultatene har blitt lagt fram i det vitenskapelige tidsskriftet «Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA».

Til Teknisk Ukeblad opplyser forskerne at en kraftig reduksjon av CO₂-utslippet til atmosfæren er helt nødvendig for å begrense både global oppvarming og en økende surhetsgrad i havet.

– Men de enorme mengdene som årlig blir emittert er i praksis umulig å lagre i lekkasjesikre deponi under havbunnen. CO₂ er dessuten både en energikilde og en karbonkilde som ikke bør stues vekk, heter det i en upublisert pressemelding om teknologien.

– En langt bedre løsning er å omvandle den til et alternativt karbonholdig drivstoff som erstatning for fossilt brensel, heter det.

Og siden det er enklere og billigere å hente CO₂ ut fra havet enn fra atmosfæren, og siden CO₂-nivået i atmosfæren og havet er i balanse, har forskerne valgt denne løsningen.

Kombinasjon av kjente teknologier

Forskerne mener at de nå har vist at havbaserte kunstige øyer dekket med fotovoltaiske paneler kan produsere tilstrekkelig energi for syntese av metanol i mengder som er nødvendige for å nøytralisere all emittert CO₂ på verdensbasis.

– Prosjektet er en ny kombinasjon av vesentlig kjente teknologier som gjør det mulig å sette i gang konstruksjon og uttesting av prøveanlegg. Arbeidet videre mot fullskala anlegg vil kreve flere studier, numeriske analyser, laboratorie- og feltforsøk med alternative tekniske løsninger, optimering av integrerte systemer og forbedrede kostnadsestimater, heter det i meldingen.

Ifølge Frode Mo har institutt for marin teknikk ved NTNU undersøkt forskjellige modeller av flytende øyer, både eksperimentelt og ved beregninger.

– De nærmeste oppgavene nå er: (1) Videre arbeid ved institutt for marin teknikk med realisering av flytende soløyer. Det er ønskelig å lage en prototyp for testing i sjøen. (2) Studere mulighetene for å realisere teknologi for storskala utvinning av CO₂ fra sjøvann, sier Mo.

– Realistisk økonomisk og teknisk

Trygve Kristiansen ved institutt for marin teknikk ved NTNU – som også er med på prosjektet – sier han kun kan uttale seg om den marintekniske delen.

– Jeg mener det vil kunne la seg gjøre å bygge meget kostnadseffektive soløyer som kan dekke store areal. Både installasjon, sjøegenskaper, overlevelsesevne og vedlikehold burde være realistisk økonomisk og teknisk sett.

Det som antakelig vil koste mye, ifølge Kristiansen, er den flytende produksjonsenheten (FPSO) som skal produsere metanol.

– Det kommer imidlertid an på hvor stor en slik må bli, og hvilke krav til sjøegenskaper, som krengevinkler og akselerasjoner produksjonsanlegget setter.

Hvorfor metanol?

Men hva er egentlig årsaken til at forskerne her velger metanol? Det er det flere svar på, ifølge dem selv.

– Metanol er den enkleste karbonholdige energibæreren som er flytende ved normal temperatur og trykk. Den har en energitetthet på om lag 45 prosent av den i bensin, heter det.

Dessuten kan metanol brukes direkte i eksisterende gassturbiner, i litt modifiserte dieselmotorer og i brenselsceller.

– Den kan enkelt omvandles til dimetyleter, som en erstatning for flytende naturgass, og likeså til utgangsstoffer for syntese av en rekke organiske forbindelser som vi også trenger.

– Og sist, men ikke minst, og i kontrast til både elektrisitet og hydrogen, finnes det allerede et særdeles godt utviklet globalt distribusjonssystemsom kan tas i bruk nesten uten endringer for metanol, ifølge forskerne.

170.000 klynger

De fremholder også at batterier og forskjellige mekaniske innretninger ikke er særlig effektive, verken i pris eller i kapasitet.

– Et svært effektivt medium for lagring av energi er kjemiske bindinger. Energiinnhold per vektenhet i vanlige typer karbonholdig brensel er 20-50 ganger større enn i et Li-ion-batteri.

I meldingen forskerne har sendt, med bakgrunn i artikkelen som tidligere har stått på trykk, skisseres det opp en klynge på 70 soløyer, hver med diameter på 100 meter dekket med fotovoltaiske paneler.

– Det gir et solsensitivt areal på 550.000 kvadratmeter. En slik klynge vil kunne produsere 15.300 tonn metanol per år, eller 5.700 tonn karbon per år. Dette betyr at man unngår utslipp av rundt 3.600 tonn karbon per år fra nytt fossilt brensel, heter det.

De tar videre utgangspunkt i det globale utslippet fra langdistansetransport på vei, skinner, sjø og luft i 2014, som var på 0,6 gigatonn karbon per år.

– For å unngå denne emisjonen vil det kreve produksjon av metanol fra 170.000 klynger av soløyer, heter det.

– Trenger alle ideer

Prosjektet har fått stor oppmerksomhet, både nasjonalt og internasjonalt, og er omtalt blant annet i både Forbes, CNN, Newsweek, MBC News, Handelsblatt og norske gemini.no.

Seniorforsker ved Cicero, Bjørn Hallvard Samset uttaler til gemini.no at dette kan være en god idé.

– Skal vi klare det grønne skiftet trenger vi alle ideene vi kan få. Det smarte med en slik syklus drevet av solenergi, er at vi bruker bare det aktive kretsløpet og slipper å ta ut karbon fra fossile lagre, sier Samset til gemini.no.