검색해 보면 Google 지도에서 하와이의 Keāhole Point를 화면 중앙에 놓고 지구의 가장자리가 보일 때까지 축소하면 한 가지 사실이 더욱 분명해집니다. 태평양은 매우 크다는 것입니다.
몇 달 만에 하와이 빅 아일랜드의 화산 곶에서 해양 기술 스타트업이 탄생했습니다. 포착 파이프와 탱크를 통해 거대한 태평양을 최대한 많이 펌핑하기 시작할 것입니다. 회사의 계획은 전기화학적으로 바다에서 이산화탄소를 제거하고 CO를 저장하거나 사용하는 것입니다.2그리고 물을 바다로 되돌려 보내면 자연적으로 더 많은 CO를 흡수하게 됩니다.2 공중에서.
Captura는 지구의 바다를 활용 가능한 탄소 흡수원으로 보고 있는 스타트업 중 하나입니다. 그만큼 생명공학 전략 바다가 이미 하고 있는 일, 즉 대규모로 탄소 배출을 흡수하는 일을 가속화하려는 목표를 전개하고 있습니다. 이 자연 과정은 대기 CO를 유지하는 데 도움이 되었습니다.2 수백만 년 동안 수준을 점검했지만 현재의 산업 배출량을 따라잡을 수는 없습니다. 수십 현장 시험 및 파일럿 프로젝트 2025년에는 Captura와 다른 여러 회사가 시설 확장을 시작할 예정입니다.
그들의 접근 방식은 대담한 만큼 다양합니다. 일부 그룹이 성장하고 있습니다. 다시마 숲 또는 바다의 미세조류. 다른 사람들은 탄소를 이동시키기 위해 얕은 층과 깊은 층 사이에 바닷물을 펌핑할 것을 제안합니다. 잡힌 두 가지 전략 IEEE 스펙트럼의 시선 – 캡쳐라의 해양 이산화탄소 제거 접근법탄소를 빨아들이는 밖으로 바다의 그리고 해양 알칼리도 강화탄소를 저장하는 ~에 바다. 두 가지 모두 다량의 해수를 처리하기 위한 새롭고 효율적인 전기화학 시스템의 엔지니어링에 영감을 주었습니다.
대규모 자금 지원 기관은 이러한 아이디어를 지원합니다. 미화 1억 달러의 최종 후보 탄소 제거를 위한 XPrize 그리고 3500만 달러 이산화탄소 제거 구매 시범상 미국 에너지부에서는 대기 전략과 함께 해양 기반 전략을 포함합니다.
그러나 해양 탄소 기업이 직면한 과제는 기업의 계획만큼이나 거대하게 느껴집니다. 대부분의 비즈니스 모델은 궁극적으로 자발적인 시장에서 탄소 배출권을 판매하는 데 의존합니다. 그리고 탄소 배출권을 판매하려면 얼마나 많은 CO가 배출되는지 정량화해야 합니다.2 그것들은 바다를 공중에서 끌어내리게 만들고 있습니다. 이는 물리적 측정만으로는 수행할 수 없습니다. 대신 상당한 불확실성이 따르는 수치 모델에 의존해야 합니다.
게다가 해양 탄소 제거 전략이 수생 생물에 해를 끼치지 않는다는 것을 증명하기 위해 많은 환경 모니터링을 수행해야 합니다. 그리고 규모의 문제가 있습니다. 그 이상에 흠집을 내려면 1,000기가톤 초과 CO2 지구 대기권에 머무르며, 수십 매년 인간 활동으로 인해 기가톤이 계속해서 배출된다면 기업은 성경적인 비율로 바닷물을 처리해야 합니다.
“1기가톤의 CO를 제거하고 싶다면2 바다에서, 매년 기계를 통해 대서양 상류 몇 미터를 통과해야 할 것입니다.”라고 말합니다. 안드레아스 오슐리스독일 킬에 있는 Geomar Helmholtz 해양 연구 센터의 생지화학적 모델링 책임자입니다. “엄청난 양의 물이군요. 하지만 불가능하지는 않습니다.”
“불가능하지 않음”을 고수하는 전 세계 기업들은 2025년에 이를 시도해 볼 것입니다.
Captura가 바다에서 탄소를 제거하는 방법
평형을 유지하기 위해 지구의 해양과 대기는 지속적으로 CO를 교환합니다.2 가스. 바다는 다음 기간 동안 더 많은 것을 흡수합니다. 대기 CO가 더 높은 기간2 레벨산업 혁명 이후 시대를 포함합니다. 현재 바다는 다음을 흡수합니다. 4분의 1 탄소 배출 중 토지가 30%를 더 차지하고 나머지는 대기 중에 남아 지구를 온난화시킵니다.
많은 그룹이 CO를 빨아들이는 임무에 착수했습니다.2 사용하여 공중에서 직접 공기 포집 (DAC) 시스템. 이것 에너지 집약적 접근 방식에는 주변 공기를 화학 용매 또는 필터에 통과시킨 다음 포집된 탄소를 저장하거나 재사용하는 것이 포함됩니다.
Keāhole Point의 하와이 해양 과학 기술 공원에는 약 10,000톤의 CO를 제거할 Captura의 다음 공장이 들어서게 됩니다.2 태평양에서.테트라크롬
하지만 CO2 바다의 농도는 공기보다 150배나 높습니다. “바다 이용의 장점은 바다가 이미 대규모로 이 일을 하고 있다는 것입니다.”라고 말합니다. 스티브 올드햄캘리포니아 패서디나에 위치한 Captura의 CEO이며 이전에 DAC 업계에서 근무했습니다.
작년에 Captura는 퇴역한 미 해군 바지선의 농구장 크기 갑판에 건설된 파일럿 플랜트에서 전략을 테스트해 왔습니다. 바지선은 오래된 구역에 떠 있다. 로스앤젤레스 항구바다 사자가 가끔 방문하는 사용되지 않는 터미널에 묶여 있습니다.
100년 전, 이 좁은 매립지는 과일과 목화 상자를 적재하는 선착장으로 사용되었습니다. 이제 이곳에는 대부분 낡은 창고가 길게 줄지어 있고 최근에 리모델링된 창고 하나가 Captura의 호스트 소유입니다. 알타해. 바다 건너 북미에서 가장 분주한 항구의 새로운 터미널에는 선적 컨테이너를 정박하고 거대한 더미로 내리는 거대한 국제 화물선이 있습니다.
Captura는 보다 효율적인 멤브레인을 개발하고 멤브레인 스택의 기하학적 구조를 변경하여 상업용 전기투석 설계를 개선했습니다.포착
회사 로고가 자수된 녹색 폴로 셔츠를 입은 Captura 해양학자 소피 추 그리고 기계공학자 에릭 마크스 준 스펙트럼 그들의 공장 견학. 우리는 바지선에 빽빽이 들어차 있는 파이프와 탱크를 헤치며 시스템의 핵심 기능 중 하나인 맞춤형 전기투석기 앞에서 잠시 멈췄습니다.
바닷물을 선상으로 펌핑한 후 이 기계는 일련의 이온 선택막을 통과하여 이동할 때 바닷물의 일부에 전압을 가합니다. 이는 구성 이온의 전하에 따라 해수 분자(수소, 산소 및 염화나트륨)를 화학적으로 재배열하여 산(염산)과 염기(수산화나트륨)를 생성합니다. 산은 바닷물에 용해된 무기탄소와 반응하여 용해된 CO로 전환됩니다.2이는 기체-액체 멤브레인 접촉기를 가로질러 끌어당기는 진공을 사용하여 분리되고 포착됩니다. 그런 다음 바다로 되돌아가기 전에 물의 알칼리도를 복원하기 위해 염기를 첨가하여 자연적으로 더 많은 CO를 끌어내립니다.2 대기와 평형을 이루게 됩니다.[“CO를제거하는방법”다이어그램참조[seediagram“HowtoStripCO2 바닷물 밖으로”].
바닷물에서 CO2를 제거하는 방법
Captura가 CO를 제거하고 있습니다.2 태평양에서 바닷물이 자연적으로 더 많은 CO를 끌어내리도록 하기 위해2 분위기에서. 방법은 다음과 같습니다.
- 스크린을 통해 여과된 해수 흐름이 시설로 유입됩니다.
- 바닷물의 작은 부분(약 0.5%)이 전환되어 전처리되어 연화된 소금물을 생성합니다.
- 연수는 전압을 가하는 전기투석 장치를 통과합니다. 이온 선택막은 소금과 물을 전하량에 따라 구성 이온으로 분리하여 산(염산)과 염기(수산화나트륨) 흐름을 형성합니다.
- 산성 흐름은 원래의 99.5% 해수 흐름에 추가되어 용해된 무기 탄소와 반응하여 용해된 CO로 전환됩니다.2.
- 용해된 CO를 추출하려면2진공은 기액막 접촉기를 통해 해수를 끌어당깁니다.
- 전기투석 장치에서 생성된 기본 스트림은 산성화된 CO에 첨가됩니다.2-산을 중화시키기 위해 바닷물을 고갈시킵니다.
- CO2– 고갈된 바닷물은 바다로 다시 방출되어 대기 중 CO2를 흡수할 수 있습니다.2.
담수화 플랜트는 일반적으로 전기투석 시스템을 사용합니다. 탄소 포집이 가능하도록 하기 위해 Captura 엔지니어들은 다음과 같은 방법으로 상업용 설계를 개선했습니다. 고성능 멤브레인 개발 비용과 에너지 사용을 줄이고 멤브레인 스택의 기하학적 구조를 변경합니다. 에너지 소비를 더욱 줄이고 시스템이 간헐적인 재생 가능 에너지원으로 작동할 수 있도록 하기 위해 Captura는 전기가 저렴한 낮 시간이나 햇빛이 비치는 시간 등 더 짧은 시간 동안 전기투석이 작동하도록 설계했습니다.
Captura의 로스앤젤레스 항 파일럿은 약 100톤의 CO를 제거할 수 있습니다.2 매년 바닷물에서. 하와이에 건설 중인 회사의 새 공장은 그 양의 10배를 포착할 것입니다. 이는 회사가 확실히 정량화할 수 있는 측정치입니다.
해양 탄소 포집의 문제점과 해결책
정량화하기 쉽지 않은 것은 CO 이후에 일어나는 일입니다.2– 고갈된 폐수는 바다로 되돌아갑니다. 이론적으로 CO가 1,000톤이면2 바다의 상층부에서 인위적으로 끌어당겨지면 바다는 결국 1,000톤의 CO를 흡수하게 됩니다.2 공중에서. 발생 속도는 해류, 온도 및 바람에 따라 다릅니다.
CO에는 평균 1년 정도 소요됩니다.2 대기-해양 CO의 차이가 발생하면 천연 대기-해양 가스 교환을 통해 해양 표면에서 평형을 유지합니다.2 집중력이 낮다고 Chu는 말합니다. 그러나 인공 CO2 제거하면 농도에 더 큰 차이가 생기므로 평형 과정에 더 오랜 시간이 걸릴 가능성이 높다고 그녀는 말합니다.
그러나 충분한 물리적 측정으로 이를 증명하는 것은 거의 불가능합니다. 왜냐하면 거대한 바다에서 물 샘플을 채취하여 육지의 실험실로 가져가는 데 수고가 필요하기 때문입니다. 자동화가 도움이 될 것입니다. “이상적으로 우리는 바다의 자율 플랫폼에 배치하고 공간과 시간에 걸쳐 많은 데이터를 얻을 수 있는 센서를 소형화하고 싶습니다.”라고 말합니다. 카챠 펜넬캐나다 핼리팩스에 있는 Dalhousie University의 해양학자입니다.
이 센서는 알칼리도, 용존 무기 탄소, pH 및 CO 부분압과 같은 주요 측정 항목을 측정합니다.2 (pCO2), 이는 바닷물 속 이산화탄소가 가하는 압력으로, CO의 양을 나타냅니다.2 존재합니다. 에스 pH 및 pCO 센서2 Fennel은 사용 가능하며 회사에서는 다른 속성을 위해 이를 개발하고 있다고 말합니다.
그 동안 해양 탄소 기업은 수치 모델에 의존해야 합니다. ROM(지역해양모델링 시스템), 대학 연구진이 개발한 MARBL(해양 생지화학 도서관), 미국 국립 대기 연구 센터(National Center for Atmospheric Research)의 데이터는 수십 년 동안 기후와 해양에 대한 일반적인 연구에 사용되었으며 해양 CO를 정량화하기 위해 정제될 수 있습니다.2 제거, 말한다 알리시아 카르스펙최고 기술 책임자(CTO) [C]가치 있는. 이를 위해 Karspeck 조직은 이러한 모델을 표준화하고 배포하는 데 도움이 되는 소프트웨어 인프라를 구축하고 있으며 2025년에 첫 번째 버전을 출시할 예정입니다. 물리적 측정에서 얻은 데이터도 모델링 개선에 도움이 됩니다.
탄소배출권 투자자나 구매자가 물리적 측정에 대한 모델링 예측을 받아들일지는 아직 알 수 없습니다. 그렇다면 포착된 모든 CO를 어떻게 처리해야 하는지에 대한 문제가 있습니다.2. 플라스틱을 만들거나 만드는 데 사용할 수 있습니다. 합성 연료대기 중으로 다시 보낼 수도 있고, 비용이 많이 드는 지하에 영구적으로 격리할 수도 있습니다. Oldham은 폐기된 석유 및 가스 플랫폼에 Captura 플랜트를 건설하고 기존 파이프를 사용하여 포집된 CO를 보내는 것을 계획하고 있습니다.2 해저 아래.
Captura의 하와이 공장 근처에는 탄소 격리 시설이 없습니다. 화산암 해변 에 하와이 해양 과학 기술 공원. 따라서 회사는 포집된 CO를 활용할 공원의 다른 세입자와 협력하기를 희망합니다.2.
오션스 스토어 CO2 알칼리도 강화로
포집된 CO를 운반하고 격리하는 문제를 해결하기 위해2일부 연구 그룹은 바다 자체를 영구 저장 장소로 보고 있습니다. CO를 빨아들이는 것보다2해양 알칼리도 강화라고 불리는 이 접근법은 본질적으로 수십억 년 동안 해양의 pH를 조절해 온 산-염기 균형 작용을 가속화합니다.
풍화작용이라고 불리는 지질학적 과정에서 CO는2 대기 중에서 육지의 알칼리성 암석과 반응하여 중탄산염과 탄산염 이온을 형성합니다. 비는 이러한 이온과 암석의 다른 이온을 씻어 강으로, 결국 바다로 씻어냅니다. 이는 해양의 알칼리도와 pH를 증가시키고, 화석 연료 배출로 인한 산성화를 감소시키며, 바다에 용해된 무기 탄소의 균형을 중탄산염과 탄산염 이온으로 이동시킵니다. 이러한 형태에서는 탄소가 오랫동안 잠겨 있습니다. 수천년해양 생화학자들은 추정합니다.
해양 알칼리도 향상은 해양 알칼리도를 직접적으로 높여 풍화 과정을 우회합니다. 이 접근법은 물의 pH를 높이고 용존 CO를 이동시킵니다.2 보다 안정적인 중탄산염과 탄산염 이온으로 전환됩니다. 이는 바다나 해변에 알칼리성 물질을 첨가함으로써 이루어질 수 있습니다. 7월에는 베스타 여신 발표 노스캐롤라이나주 덕(Duck)과 노바스코샤(Nova Scotia)에 위치한 해안에 8,200톤의 감람사를 추가했습니다. 행성 기술 바닷물에 수산화마그네슘을 첨가합니다. 회사 발표 11월에는 138톤의 CO를 제거했습니다.2탄소 배출권을 다음에 판매했습니다. 쇼피파이 그리고 줄무늬.
해양 알칼리도 향상은 전기화학적으로도 수행될 수 있습니다. 썰물 카본 이 전략을 테스트해 왔습니다. 1년 넘게 선적 컨테이너 크기의 파일럿 플랜트에서 태평양 북서부 국립 연구소 워싱턴주 세큄(Sequim)에 위치한 이 공장은 세큄 베이(Sequim Bay)에서 바닷물을 끌어와 전기투석기를 통해 보냅니다. 물이 촉매로 연결된 최대 200개의 이온 선택막 스택을 통과할 때 전압이 인가됩니다. 이는 물 속의 이온을 선택적으로 재배열하여 산성 흐름(염산)과 기본 흐름(수산화나트륨)을 생성합니다.
사우스 샌프란시스코 본사에서 Ebb Carbon은 바닷물의 알칼리도를 높이는 데 사용될 전기투석 스택을 건설하고 있습니다. 이 시스템은 워싱턴주 포트엔젤레스에 있는 프로젝트 마코마(Project Macoma)라는 회사의 새로운 파일럿 공장에 배치될 예정입니다.썰물 카본
염기성 또는 알칼리성 흐름은 바다로 되돌아가서 바닷물과 혼합됩니다. 그곳에서 용해된 CO를 변환합니다.2 탄산염과 중탄산염 이온으로 전환되어 추가적인 CO를 위한 공간을 만듭니다.2 공중에서 들어갑니다. 그러나 산성 흐름은 중화되어야 하는 폐기물 부산물이 됩니다.
2025년에는 썰물 지을 계획이다 약 500톤의 CO를 배출할 수 있는 Project Macoma라는 두 번째 공장2 Ebb의 수석 과학자이자 공동 창업자인 Matthew Eisaman은 “회사는 궁극적으로 해수를 바다로 방출하는 담수화 플랜트 및 기타 산업 현장의 후미에 시스템을 배치하는 것을 목표로 하고 있습니다.”라고 말했습니다.
Captura와 마찬가지로 Ebb도 엄청난 규모의 도전에 직면해 있습니다. Ebb가 지구상의 모든 담수화 플랜트에 상용 규모 버전의 시스템을 설치하면 약 기가톤의 CO2가 절감됩니다.2 Eisaman은 매년 대기로부터 추정합니다. 많은 양이지만 여전히 전체 CO의 일부에 불과합니다.2 매년 배출됩니다.
배출수의 농도를 제한하는 임계값은 Ebb와 같은 회사의 확장 능력을 더욱 제한할 수 있습니다. 알칼리도가 너무 높으면 생태계가 교란될 수 있으며, 빠르게 희석하지 않으면 화학 반응이 일어나 석회석이 자연스럽게 침전되어 알칼리도가 제거되고 CO가 배출될 수 있습니다.2 Geomar의 Oschlies는 대기권 속으로 들어간다고 말합니다. “규제당국은 이 문제를 매우 주의 깊게 관찰해야 할 것입니다.”라고 그는 말합니다.
게다가 화학 물질을 바다에 버리는 것처럼 들리게 하지 않고서는 해양 알칼리도 회사가 하는 일을 대중에게 설명하기가 어렵습니다. 홍보 재앙 일어나기를 기다리고 있습니다.
공기 포집과 해양 저장의 만남
UCLA 스핀오프 동일 이러한 과제 중 몇 가지를 회피할 수 있는 솔루션을 설계했습니다. 해당 시스템은 CO의 직접 공기 포집을 결합합니다.2 해양 저장소를 통해 Equatic이 얼마나 많은 CO를 정확하게 측정할 수 있는지2 공중에서 끌려나옵니다.
Captura에서 불과 몇 미터 아래에 정박된 바지선에 위치한 Equatic의 파일럿 플랜트와 엔지니어는 세련된 이웃에 비해 대학과 해변이 만나는 분위기를 더 많이 발산합니다. 하와이안 셔츠와 버킷햇을 입고, 아론 사빈UCLA에서 수석 엔지니어로 일하고 있습니다. 탄소경영연구소풀오버 클래드와 함께 토마스 트레이너Equatic의 엔지니어링 책임자는 스펙트럼 공장 견학.
로스앤젤레스 항구에 있는 Captura 공장의 다음 바지선에서 Equatic은 CO의 직접 공기 포집을 결합한 시스템을 설계했습니다.2 해양 저장고와 함께.동일
Equatic의 시스템은 바다에서 물을 끌어와 전해조를 통해 물을 액체 산 흐름, 액체 염기 흐름, 수소 가스, 산소 가스의 네 가지 구성 요소로 분리합니다. 이와 별도로 시스템은 CO를 포함하는 공기를 흡입합니다.2. 공기는 베이스 스트림과 접촉하여 CO를 회전시킵니다.2 중탄산 이온과 고체 탄산 칼슘으로.
산성 흐름은 암석과 접촉하여 pH를 올린 다음 기본 흐름과 결합됩니다. 이제 시스템으로 유입된 물과 거의 화학적으로 유사한 물이 바다로 배출됩니다. 보너스로 부산물로 생산된 수소를 판매할 수 있어 회사에 탄소 배출권 이상의 추가 수익원을 제공할 수 있습니다.
그러나 전기투석을 통하지 않고 전해조를 사용하여 소금물을 분해할 때의 문제점은 전해조가 독성 염소 가스도 생성한다는 것입니다. (이것이 수소 생산용 전해조가 거의 항상 염화물이 없는 순수한 물을 분리하는 이유입니다.) 발표 지난 9월에는 바닷물의 염분과 반응하지 않는 산소 선택성 양극과 미세 구조의 촉매를 제조하는 방법을 개발했다고 발표했습니다. 이를 통해 전기분해 중에 바닷물의 염화물이 안정적으로 유지되어 염소 가스의 생성을 피할 수 있다고 회사측은 말합니다.
로스앤젤레스와 싱가포르에 있는 Equatic의 파일럿 플랜트는 약 100kg의 CO를 제거합니다.2 하루에 공중에서. 싱가포르에 건설 중인 실증 공장은 ~에 대한 10,000kg. 2025년에는 에콰틱 건축을 시작할 계획 퀘벡의 상용 시스템은 다음과 협력하여 딥스카이탄소 제거를 위한 건축 프로젝트를 전문으로 하는 캐나다 스타트업입니다. 수력 발전과 원자력 에너지로 작동하는 300개의 전해조를 사용하여 이 발전소는 300톤 이상의 CO를 포집합니다.2 하루에 8,400kg의 수소를 생산합니다.
Equatic 및 기타 해양 탄소 회사는 대규모 자금 조달 기관의 관심을 끌었습니다. 교육청 선택된 3개—Ebb, Equatic 및 비카르브—CO의 준결승 진출자 24명 중2 제거 상. 그리고 XPrize 선택된 4개—Captura, Ebb, 다시마 블루그리고 지구의—결선 진출자 20명 중 4월에 우승자를 선정할 계획입니다.
이러한 상은 마치 경쟁처럼 느껴질 수도 있지만 궁극적으로 지구 기후 위기를 예방하려면 많은 전략의 조합이 필요합니다. Chu는 “모든 사람에게 충분한 탄소가 있습니다.”라고 말합니다.