Εικόνα 1: Απόδοση μιας σιδηροδρομικής μηχανής CO2Rail DAC σε κίνηση σε μια εμπορευματική αμαξοστοιχία σε τακτική υπηρεσία, συλλέγοντας μαζικές ποσότητες CO2 από την ατμόσφαιρα. Το σύστημα τροφοδοτείται από βιώσιμη αναγεννητική ενέργεια πέδησης που παράγεται από το τρένο και δεν απαιτεί κύκλους φόρτισης εκτός λειτουργίας.
Γράφτηκε από τον Jim Blaze
Αυτή είναι μια βαθύτερη ματιά στον πιθανό ρόλο της χρήσης των υφιστάμενων κινήσεων τρένων για τη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης χρησιμοποιώντας την επιστήμη άμεσης δέσμευσης άνθρακα, μέσω μιας αποκλειστικής συνέντευξης με τους εμπλεκόμενους επιστήμονες - με μερικές ανεξάρτητες παρατηρήσεις ως προς τις μελλοντικές προκλήσεις εκτέλεσης.
Τι θα γινόταν αν τα σιδηροδρομικά συστήματα σε όλο τον κόσμο θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για να συμβάλουν στον μετριασμό της κλιματικής αλλαγής και στον καθαρισμό του αέρα μας από CO 2 ; Είναι ένα ερώτημα που συλλογίζονται εδώ και αρκετά χρόνια οι ιδρυτές μιας startup με έδρα τις ΗΠΑ, της CO 2 Rail Company . Η τεχνολογία Direct Air Capture (DAC) για την αφαίρεση του διοξειδίου του άνθρακα από τον αέρα με ειδικά μηχανήματα και τη συμπίεσή του για χρήση ή μόνιμη γεωλογική δέσμευση, υπόσχεται να μειώσει τις συνολικές συγκεντρώσεις CO 2 στην ατμόσφαιρα και να βοηθήσει στον μετριασμό της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής. Η IPCC ανέφερε ότι το βαθύ καθαρό αρνητικό CO 2Ο μετριασμός είναι σχεδόν σίγουρα απαραίτητος για να παραμείνει στους 2°C από την θέρμανση. Ωστόσο, παρά την υπόσχεσή της, η διαδικασία απομάκρυνσης του άνθρακα απευθείας από τον αέρα μπορεί να είναι ενεργοβόρα και γης και συχνά εξαιρετικά δαπανηρή.
Η CO 2 Rail Company συγκέντρωσε μια διεπιστημονική ομάδα επιστημόνων και μηχανικών από το MIT, το Πρίνστον, το Πανεπιστήμιο του Τορόντο και το Πανεπιστήμιο του Σέφιλντ. Οι κλάδοι περιλαμβάνουν επιχειρήσεις και δημόσιους φορείς που έχουν βάλει στόχο να σχεδιάσουν μια νέα διαδρομή καθαρισμού άνθρακα χρησιμοποιώντας επιλεγμένους σιδηροδρομικούς διαδρόμους με τεχνολογία DAC που πιθανώς χρησιμοποιούν λιγότερη ενέργεια και λιγότερη γη στη διαδικασία σύλληψης.
Το σχέδιό τους είναι να λειτουργούν εξοπλισμό DAC μέσα σε ειδικές σιδηροδρομικές άμαξες που βρίσκονται σε ήδη τρέχοντα προγραμματισμένα τρένα. Τα αυτοκίνητα σύλληψης θα χρησιμοποιούνται σε τακτικά δρομολόγια είτε σε γραμμές ντίζελ είτε σε ηλεκτροκίνητες σιδηροδρομικές γραμμές. Η πρότασή τους επισημάνθηκε σε ένα έγγραφο με κριτές με τίτλο Rail-Based Direct Air Carbon Capture. Ήταν επίσης στην ενότητα Future Energy του περιοδικού Joule που κυκλοφόρησε στις 20 Ιουλίου 2022.
Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ο ένοχος
Οι χορηγοί υποστηρίζουν ότι η κοινωνία έχει ξεπεράσει μια λογική συζήτηση σχετικά με το εάν το κλίμα γίνεται θερμότερο και «αν» οι υπερβολικές συγκεντρώσεις CO 2 στην ατμόσφαιρα διαδραματίζουν επιβλαβή ρόλο στις επιπτώσεις της θέρμανσης. Η υπόθεσή τους είναι ότι, από το 2020, πολλαπλή τεκμηρίωση επιστημονικής έρευνας δείχνει ότι η παγκόσμια μέση θερμοκρασία ήταν σχεδόν 1,2°C πάνω από τα προβιομηχανικά πρότυπα. Υποστηρίζουν επίσης ότι τα αυξημένα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα της ατμόσφαιρας ως αποτέλεσμα ανθρωπογενών δραστηριοτήτων ήταν ο κύριος οδηγός αυτής της αύξησης της θερμοκρασίας. Τώρα, οι συγκεντρώσεις έχουν αυξηθεί από το μέγιστο των 300 ppm στην προβιομηχανική εποχή σε σχεδόν 420 ppm το 2021. Πολλά μέρη αναζητούν διορθωτικές λύσεις.
Μια προσέγγιση από τη Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC) εκτιμά ότι πάνω από 1.000 γιγατόνους CO 2 θα πρέπει να απομακρυνθούν απευθείας από την ατμόσφαιρα (CDR) μέχρι το έτος-στόχο 2100 για να παραμείνουν στους 2,0°C από την υπερθέρμανση. Η ανεξάρτητη έρευνά τους υποδηλώνει ότι ο μοναδικός σχεδιασμός τους για ένα σχέδιο σύλληψης σιδηροδρομικής λειτουργίας μπορεί να είναι ένα κρίσιμο μέρος της λύσης. Αν αληθεύει, τότε η πρόσφατη εθνική ώθηση του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ για την απομάκρυνση γιγατόνων ρύπανσης από άνθρακα από τον αέρα έως το 2050 - που ονομάζεται "Carbon Negative Earthshot" - μπορεί να δει έναν λογικό άμεσο ρόλο μετριασμού των σιδηροδρόμων.
Πριν περιγράψουμε την προτεινόμενη προσέγγιση Ε&Α, ας σταματήσουμε και ας συζητήσουμε τη διαδικασία χρήσης του άμεσου αέρα για τη σύλληψη του ατμοσφαιρικού άνθρακα.
Τι είναι η άμεση δέσμευση άνθρακα στον αέρα;
Πρώτη πρόταση από τους Lackner et al. Το 1999, τα συστήματα DAC είναι μια μορφή αφαίρεσης άνθρακα που αποτελείται από μια πλειάδα χημικών και μηχανικών συσκευών που δεσμεύουν το CO 2 απευθείας από την ατμόσφαιρα. (Lackner, Ziock, & Grimes, 1999) Οι τρέχουσες τεχνολογίες για τη δέσμευση CO 2 από τον αέρα χρησιμοποιούν υγρά ή στερεά προσροφητικά με βάση αμίνες, οξείδια, υδροξείδια, άνθρακες, ζεόλιθους και μεταλλικά οργανικά πλαίσια. (Halliday & Hatton, 2021). Ανεξάρτητα από την κατηγορία υλικού, ωστόσο, όλα απαιτούν σημαντικές ποσότητες ενέργειας για να εξαναγκάσουν το δεσμευμένο CO 2από ροφητικό υλικό και στη συνέχεια το επεξεργάζεστε για μεταγενέστερη αποθήκευση. Είναι μια πολύπλοκη χημική διαδικασία κατά την οποία μετά τη σύλληψη, απαιτείται πρόσθετη ενέργεια για την απομόνωση, τη συμπίεση και την υγροποίηση του διοξειδίου του άνθρακα για αποτελεσματική γεωλογική δέσμευση ή εμπορική χρήση.
Στην περίπτωση της άμεσης δέσμευσης και αποθήκευσης άνθρακα στον αέρα («DACCS), το CO 2 θα δεσμευόταν μόνιμα σε υπόγειους γεωλογικούς σχηματισμούς όπου παραμένει παγιδευμένο. Ή μπορεί να αντιδράσει με τα σημερινά ορυκτά για να γίνει ανθρακικό πέτρωμα. Η οπτικοποίηση της διαδικασίας είναι να αλλάξει ο άνθρακας σε μια μορφή αληθινού μετριασμού αρνητικού άνθρακα. Η αρχική ομάδα της CO 2 Rail έχει αναπτύξει αυτό που πιστεύει ότι είναι ένας καινοτόμος τρόπος ενσωματώνοντας την DAC με το πολύ ευρύ παγκόσμιο δίκτυο σιδηροδρομικών διαδρομών.
Ανταγωνισμός από την Τεχνολογία χερσαίων DAC
Στην τρέχουσα κατάσταση ανάπτυξης, όλες οι γνωστές αναπτύξεις DAC είναι επίγεια συστήματα που βασίζονται σε αυξήσεις της θερμοκρασίας για την απελευθέρωση του δεσμευμένου CO 2 είτε από στερεό είτε από υγρό ροφητικό. Αυτές περιλαμβάνουν εταιρείες όπως η Climeworks (Ελβετία), η Global Thermostat (ΗΠΑ) και η Carbon Engineering (Καναδάς). Ο ηγέτης του κλάδου, η Climeworks, χρησιμοποιεί επί του παρόντος τη γεωθερμία ή την απορριπτόμενη θερμότητα για να παρέχει μεγάλο μέρος της ενέργειας για τις υπάρχουσες εγκαταστάσεις DAC.
Αλλά αυτά τα επίγεια συστήματα αντιμετωπίζουν προκλήσεις. Μερικές πρόσφατες μελέτες έχουν υπολογίσει ότι έως το 25% της παγκόσμιας δυναμικότητας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας θα πρέπει να αφιερωθεί σε χερσαίες εγκαταστάσεις DAC έως το 2100. (Evans, 2019) Επιπλέον, με αναφερόμενη ετήσια ικανότητα δέσμευσης 50 τόνων CO 2 ανά τυπική γη -Μονάδα μονάδας DAC που βασίζεται σε στερεά μέσα, θα απαιτήσει την κατασκευή, λειτουργία, φροντίδα και τροφοδοσία περίπου 20 εκατομμυρίων από αυτές τις μηχανές ανά γιγατόνο δεσμευμένου CO 2 ή εκατοντάδες εκατομμύρια για να ανταποκριθεί έγκαιρα στις συστάσεις της IPCC (Climeworks AG, 2021) .
Εκτός από την ενέργεια, υπάρχουν επίσης ζητήματα γης που περιβάλλουν την ευρεία ανάπτυξη DAC. Οι σταθερές λειτουργίες DAC σε οποιαδήποτε ουσιαστική κλίμακα θα απαιτήσουν μεγάλες εκτάσεις γης για την κατασκευή του εξοπλισμού τους και ακόμη περισσότερο για την κατασκευή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την τροφοδοσία τους.
Συνοπτικά, οι επίγειες επιλογές αντιμετωπίζουν τις δικές τους τεχνολογικές προκλήσεις και τα χρονοδιαγράμματα Ε&Α για να αποδείξουν την οικονομική σκοπιμότητα.
Μια βαθύτερη ματιά στις προτεινόμενες σιδηροδρομικές λειτουργίες DAC
Σε αυτό το στάδιο σχεδιασμού, αυτές οι σιδηροδρομικές αυτοκινητάμαξες DAC θα λειτουργούσαν χρησιμοποιώντας μεγάλες εισαγωγές που εκτείνονται στο ρεύμα ολίσθησης του κινούμενου τρένου για να μετακινήσουν τον αέρα του περιβάλλοντος στον μεγάλο κυλινδρικό θάλαμο συλλογής CO 2 και να εξαλείψουν την ανάγκη για ενεργοβόρα συστήματα ανεμιστήρων που είναι απαραίτητα με σταθερές λειτουργίες DAC. Στη συνέχεια, ο αέρας κινείται μέσω μιας χημικής διαδικασίας που διαχωρίζει το CO 2 από τον αέρα. Ο αέρας χωρίς διοξείδιο του άνθρακα στη συνέχεια ταξιδεύει έξω από το πίσω ή κάτω μέρος του αυτοκινήτου και επιστρέφει στην ατμόσφαιρα.
Αφού δεσμευτεί επαρκής ποσότητα, ο θάλαμος κλείνει και το συλλεγόμενο CO 2 εκροφάται από το ροφητικό. Ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο ροφητικό, αυτή η διαδικασία εκρόφησης μπορεί να λάβει πολλές μορφές. Σε αυτό το στάδιο της ιδέας, οι υποστηρικτές επικεντρώνονται στην ανάπτυξη διαφορετικών συσκευασιών ροφητών διαφόρων θερμοκρασιών, πίεσης αέρα και πολικότητας φορτίου. Αφού το αέριο CO 2 αρχίσει να ρέει από το ροφητικό μέσο, συλλέγεται από το εσωτερικό του θαλάμου, συμπιέζεται, ψύχεται μέσω του εναλλάκτη θερμότητας που λειτουργεί ως πλέγμα στην μπροστινή εισαγωγή αέρα, υγροποιείται σε συμπίεση δεύτερου σταδίου και στη συνέχεια αντλείται στο πίσω μέρος του αυτοκινήτου για βραχυπρόθεσμη αποθήκευση.
Ανάλογα με τη διαδρομή συλλογής άνθρακα και την αποτελεσματικότητα συλλογής του αυτοκινήτου, ο αρχικός σχεδιασμός είναι ότι αυτά τα αυτοκίνητα DAC θα εκφορτώνονται καθημερινά κατά την αλλαγή πληρώματος ή τις στάσεις τροφοδοσίας στην τροχιά των δεξαμενών CO 2 . Το εγκεκριμένο δίκτυο σιδηροδρομικής γραμμής συλλογής θα ανακατευθύνει στη συνέχεια το συλλεγόμενο CO 2 σε ειδικές τοποθεσίες είτε για μόνιμη υπόγεια γεωλογική δέσμευση είτε για παράδοση στους τελικούς χρήστες ως πρώτη ύλη για την κυκλική οικονομία άνθρακα. Η αρχική τους μηχανολογική και ηλεκτροτεχνική προσέγγιση είναι να προσπαθήσουν να εκπαιδεύσουν την πέδηση με αντίσταση επί του οχήματος ως μέρος της ενέργειας που απαιτείται για τη διαδικασία σύλληψης αυτοκινήτου με άνθρακα.
Οι δύο παρακάτω εικόνες δείχνουν τις αυτοκινητάμαξες με έναν αεραγωγό τοποθετημένο στο επάνω μέρος και έναν εξαερισμό στο επάνω μέρος. Αυτή είναι η συγκεκριμένη σχεδιαστική μορφή των αυτοκινήτων Locomotive Emissions Mitigation (LEM). Ο παρόμοιος σχεδιασμός του αυτοκινήτου DAC θα έχει δύο εισαγωγές που τοποθετούνται στο επάνω μέρος με εκτεταμένο αερισμό στο κάτω μέρος του αυτοκινήτου μέσω της θήκης μπαταριών για να παρέχει ταυτόχρονες δυνατότητες ψύξης συστοιχίας μπαταριών. Αυτό χρησιμεύει επίσης για τη μείωση του φωτός άνθρακα, του προηγουμένως επεξεργασμένου αέρα από το να εισέλθει ξανά στην ατμόσφαιρα όταν δύο ή περισσότερα αυτοκίνητα DAC συνδέονται μεταξύ τους. Στα 69 mph (111 km/h), κάθε εισαγωγή θα είναι ικανή να παρέχει περισσότερα 10.000 κυβικά μέτρα/λεπτό αέρα στον θάλαμο συλλογής.
Μπορεί να χρησιμοποιηθεί η δυναμική πέδηση Locomotive;
Εικόνα 2: Η απόδοση ενός σιδηροδρομικού αυτοκινήτου C0 2 δείχνει τον βαρύ αέρα C0 2 να εισέρχεται, το C0 2 να διαχωρίζεται και να συλλέγεται, με τον αέρα χωρίς C0 2 να εκκενώνεται από το πίσω μέρος. (© 2022 CO 2 Rail Company, Χορηγείται άδεια χρήσης) (Εκκρεμούν διπλώματα ευρεσιτεχνίας ΗΠΑ και Διεθνών, Με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος)
Εικόνα 3: Η απόδοση ενός αυτοκινήτου μετριασμού εκπομπών ατμομηχανής (LEM) δείχνει την τροποποίηση της εξάτμισης και την εξάτμιση βαριάς ατμομηχανής CO 2 να εισέρχεται, το C0 2 να διαχωρίζεται και να συλλέγεται, με αέρα χωρίς C0 2 να εκκενώνεται από το πίσω μέρος. (© 2022 CO 2 Rail Company, Χορηγείται άδεια χρήσης) (Εκκρεμούν διπλώματα ευρεσιτεχνίας ΗΠΑ και Διεθνών, Με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος)
Εικόνα 2: Η απόδοση ενός σιδηροδρομικού αυτοκινήτου C0 2 δείχνει τον βαρύ αέρα C0 2 να εισέρχεται, το C0 2 να διαχωρίζεται και να συλλέγεται, με τον αέρα χωρίς C0 2 να εκκενώνεται από το πίσω μέρος. (© 2022 CO 2 Rail Company, Χορηγείται άδεια χρήσης) (Εκκρεμούν διπλώματα ευρεσιτεχνίας ΗΠΑ και Διεθνών, Με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος)Εικόνα 3: Η απόδοση ενός αυτοκινήτου μετριασμού εκπομπών ατμομηχανής (LEM) δείχνει την τροποποίηση της εξάτμισης και την εξάτμιση βαριάς ατμομηχανής CO 2 να εισέρχεται, το C0 2 να διαχωρίζεται και να συλλέγεται, με αέρα χωρίς C0 2 να εκκενώνεται από το πίσω μέρος. (© 2022 CO 2 Rail Company, Χορηγείται άδεια χρήσης) (Εκκρεμούν διπλώματα ευρεσιτεχνίας ΗΠΑ και Διεθνών, Με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος)Από τη δεκαετία του 1950, η δυναμική πέδηση είναι κοινή χρήση σε όλες σχεδόν τις οδικές ατμομηχανές. Όπως πολλοί γνωρίζουν, το δυναμικό φρενάρισμα είναι ένα ενεργειακό σύστημα πέδησης που μετατρέπει την μπροστινή ορμή μιας ντίζελ-ηλεκτρικής ατμομηχανής σε ηλεκτρική ενέργεια, μετατρέποντας τους κινητήρες έλξης σε γεννήτριες. Επί του παρόντος, αυτή η ενέργεια διαχέεται με τη μορφή θερμότητας και εκκενώνεται από την κορυφή της ατμομηχανής μέσω πλέγματος αντιστάσεων κατά την εφαρμογή δυναμικής πέδησης. Στην αναγεννητική πέδηση, η δυναμική ενέργεια πέδησης είτε επιστρέφεται στο ηλεκτρικό δίκτυο (αλυσίδα εναλλασσόμενου ρεύματος ή τρίτη ράγα συνεχούς ρεύματος) σε ηλεκτρικά συστήματα σιδηροτροχιών είτε αποθηκεύεται σε μπαταρία.
Αυτή η ενέργεια, προτείνει ο Eric Bachman του CO 2 Rail, θα πρέπει να συλλαμβάνεται, να αποθηκευτεί και να χρησιμοποιηθεί για τους άμεσους σκοπούς παραγωγής άνθρακα στον αέρα.
«Για πολλές δεκαετίες, αυτή η τεράστια ποσότητα βιώσιμης ενέργειας έχει χαθεί εντελώς», λέει ο Bachman. «Κατά μέσο όρο, κάθε πλήρης ελιγμός πέδησης παράγει αρκετή ενέργεια για να τροφοδοτήσει 20 μέσες κατοικίες για μια ολόκληρη ημέρα, επομένως δεν είναι μια ασήμαντη ποσότητα ενέργειας. Πολλαπλασιάστε το με κάθε στάση ή επιβράδυνση για σχεδόν κάθε [ηλεκτροκίνητο ντίζελ] τρένο στον κόσμο και έχετε περίπου 105 φορές περισσότερη ενέργεια από αυτή που παράγει το Φράγμα Χούβερ κατά την ίδια περίοδο, και αυτό ήταν ένα έργο υδροηλεκτρικής κατασκευής που πήρε έξι χρόνια και κόστισε 760 εκατομμύρια δολάρια σε σημερινά δολάρια».
Εάν αυτή η χρήση της δυναμικής πέδησης μπορεί να ενσωματωθεί επιτυχώς, η υπόθεση είναι ότι αυτή η ενέργεια που παράγεται από την αναγεννητική πέδηση αποθηκεύεται σε μια συστοιχία μπαταριών υψηλής χωρητικότητας 2.400 kWh ενσωματωμένη στο υπόστρωμα του αυτοκινήτου Rail DAC, όπως φαίνεται στην εικόνα 2. ορισμένοι στον κόσμο της μηχανικής, αυτό μπορεί να είναι πιο δύσκολο από τις αρχικές υποθέσεις σχεδιασμού. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο απαιτείται περαιτέρω Ε&Α. Μια άλλη θεωρία είναι ότι ορισμένα ειδικά διαμορφωμένα αυτοκίνητα CO 2 Rail DAC μπορούν να αφαιρέσουν τις εκπομπές CO2 από την εξάτμιση των μηχανών ντίζελ με ελάχιστες μόνο τροποποιήσεις στη διαδρομή των καυσαερίων όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.
Πόσο παραγωγική μπορεί να γίνει η συγκομιδή CO2;
Στην κλίμακα του συστήματος, οι σχεδιαστές βλέπουν βραχυπρόθεσμη (1-5 χρόνια) ετήσια παραγωγικότητα αυτοκινήτου στους 3.000 τόνους/έτος. Αυτή είναι η αρχική προσδοκία εμπορικού σχεδιασμού το 2022. Σε 5 έως 10 χρόνια, πιστεύουν ότι η ετήσια παραγωγικότητα του αυτοκινήτου θα μπορούσε να αυξηθεί σε επίπεδα ή κοντά στους 6.000 τόνους/έτος, με 7.500 τόνους/έτος να μπορούν να επιτευχθούν στη συνέχεια. Επιπλέον, δεδομένου ότι τα τρένα είναι ικανά να φιλοξενούν πολλαπλά βαγόνια CO 2 Rail και όχι μόνο ένα, πιστεύουν ότι το μελλοντικό τρένο θα μπορούσε να συλλέξει ένα αντίστοιχο πολλαπλάσιο της χωρητικότητας CO 2 πέρα από αυτές τις προοπτικές προβολές. Το στρατηγικό όραμά τους σε μακροοικονομική κλίμακα βλέπει τη δυνατότητα να φτάσει σε ετήσια παγκόσμια παραγωγικότητα 0,45 γιγατόνων έως το 2030, 2,9 γιγατόνων έως το 2050.
Η έκθεση Joule καλύπτει αυτές τις εναλλακτικές λύσεις με περισσότερες λεπτομέρειες, για τους αναγνώστες που ενδιαφέρονται να μάθουν περισσότερα για τις υποθέσεις τους.
Τα Οικονομικά
Η αρχική επιχειρηματική υπόθεση της CO 2 Rail προϋποθέτει ότι, με αυτό που θεωρεί ως βιώσιμες απαιτήσεις ηλεκτρικής ενέργειας επί αμαξοστοιχίας που παρέχονται αποκλειστικά από πηγές που παράγονται από το τρένο, θα μπορούσε να υπάρξει σημαντική εξοικονόμηση κόστους στην περιοχή ίσως 30% έως 40% ανά τόνο συγκομιδής CO. 2 . Αυτό μαζί με άλλες σημαντικές εξοικονομήσεις, όπως η γη, θεωρητικά μπορεί να μειώσει το προβλεπόμενο κόστος σε λιγότερο από 50 $ ανά τόνο. Εάν μπορεί να γίνει αυτό, τότε αυτή η τεχνολογία σύλληψης απευθείας από το τρένο θα μπορούσε πράγματι να είναι εμπορικά ελκυστική, ιδιαίτερα εάν τα νέα ομοσπονδιακά κυβερνητικά προγράμματα της Διοίκησης Μπάιντεν αντισταθμίσουν μέρος του κόστους σύλληψης με νέα χρηματοδότηση ανάπτυξης Ε&Α.
Από την πλευρά της ζήτησης, υπάρχει ένας διαρκώς αυξανόμενος κατάλογος ιδιωτικών εταιρειών (Microsoft, Berkshire Hathaway, Stripe, κ.λπ.) που έχουν αναλάβει δέσμευση καθαρού μηδενικού και που εκδίδουν ετήσιες παραγγελίες για αποδεσμευμένο CO 2 ενδέχεται να επιλέξουν να συμμετάσχουν σε αυτό υπηρεσία, με το πλεονέκτημα μιας αναγνωρισμένης ομοσπονδιακά αποδεσμευμένης παροχής CO 2 στο πλαίσιο του πρόσφατα εγκριθέντος προγράμματος 45Q της κυβέρνησης των ΗΠΑ του 2022, το οποίο παρέχει πιο προβλέψιμη αρχική χρηματοδότηση εκτέλεσης. Ενώ η πίστωση του 2021 ήταν επί του παρόντος περίπου μόνο 50 $ ανά αποδεσμευμένο τόνο, τώρα οι αριθμοί είναι περισσότερο από 8 $ έως ίσως περίπου 130 $ ανά τόνο. Είναι καιρός να δοκιμάσουμε αυτήν την οικονομική σκοπιμότητα.
Τέσσερις σιδηροδρομικές αγορές DAC;
Η γεωγραφική αγορά που λειτουργεί με ηλεκτρικό ντίζελ της Βόρειας Αμερικής έχει τρεις διαφορετικούς οικονομικούς τομείς. Το ένα είναι το φορτίο. Τα άλλα δύο είναι τα προαστιακά και τα υπεραστικά επιβατικά σιδηροδρομικά δίκτυα. Η τέταρτη είναι οι διεθνείς αγορές, κυρίως ηλεκτροκίνητες με αλυσίδες σε όλη την Ευρώπη και την Ασία, τόσο επιβατικών όσο και εμπορευματικών. Κάθε αγορά μπορεί κάλλιστα να έχει διαφορετική pro forma εμπορική οικονομική απόδοση και, πράγματι, διαφορετικό κοινωνικό οικονομικό αποτέλεσμα κόστους/οφέλους.
Η ομάδα του CO 2 Rail υποστηρίζει ότι το DAC με βάση τις σιδηροδρομικές γραμμές γίνεται μια ακόμη πιο ελκυστική λύση για το κλίμα, επειδή μεγάλο μέρος της απαιτούμενης υποδομής είναι ήδη σε ισχύ και η ενέργεια είναι εκεί, απλώς περιμένει να χρησιμοποιηθεί. «Η υποδομή και η ενέργεια υπάρχουν ήδη», λέει ο Geoffrey Ozin του CO 2 Rail. «Αυτή είναι η ουσία. Το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να επωφεληθείτε από αυτό που είναι ήδη διαθέσιμο».
Με τις σιδηροδρομικές γραμμές να είναι τρεις έως πέντε φορές πιο αποδοτικές σε καύσιμα από το φορτηγό, η αυξημένη χρήση των σιδηροδρομικών γραμμών και η μεγαλύτερη ανάπτυξη CO 2 σιδηροδρομικών γραμμών θα έχουν θετικό αντίκτυπο πέρα από τον άνθρακα που αφαιρεί από την ατμόσφαιρα. «Θα μπορούσαμε να λάβουμε έναν βρόχο θετικής ανάδρασης όπου η αυξημένη χρήση των σιδηροδρόμων όχι μόνο μειώνει τις εκπομπές των μεταφορών αλλά αυξάνει επίσης τη δυνατότητα δέσμευσης CO 2 , κάτι που στη συνέχεια ενθαρρύνει ακόμη μεγαλύτερη χρήση των σιδηροδρόμων», λέει ο Bachman. Αυξάνοντας τη χρήση των σιδηροδρόμων, αυξάνετε την αποτελεσματικότητα ολόκληρου του συστήματος μεταφορών. Επιπλέον, αυξάνετε την ικανότητα του CO 2 Rail να απομακρύνει το CO 2 από τον αέρα, επειδή θα υπάρχουν περισσότερα τρένα στα οποία μπορούν να προστεθούν αυτοκίνητα DAC.»
Ο πιθανός αντίκτυπος αυτής της τεχνολογίας ενισχύθηκε πρόσφατα όταν οι ευρωπαϊκοί οργανισμοί μεταφορών ανακοίνωσαν νωρίτερα αυτό το έτος ότι δεσμεύονται να τριπλασιάσουν τη χρήση των σιδηροδρόμων υψηλής ταχύτητας έως το 2050 για να περιορίσουν τα αεροπορικά ταξίδια με εκπομπές CO 2 .
Οι προκλήσεις παραμένουν
Η λύση CO 2 Rail DAC δεν είναι ακόμη έτοιμη για την ώρα έναρξης. Υπάρχουν πολλά βήματα μπροστά για να αναπτυχθεί πλήρως αυτή ως εμπορική προσέγγιση. Ο σχεδιασμός και η κατασκευή της αυτοκινητάμαξας αντιπροσωπεύουν μια πρόκληση και ένα χρονοδιάγραμμα από μόνο του. Απαιτούνται τα πρακτικά επόμενα βήματα για την αφαίρεση του σχεδίου ιδέας από το χαρτί και τα υπολογιστικά φύλλα σε χυτό μέταλλο. Προς το παρόν, δεν υπάρχει ακόμη κανένα πρωτότυπο εξοπλισμό έτοιμο για δοκιμή σε πραγματικές συνθήκες.
Ωστόσο, η ομάδα του CO 2 Rail αναμένει να ξεκινήσει την κατασκευή του πρώτου πρωτότυπου στις αρχές του 2023. Η αρχική τους ιδέα είναι ότι οι πρώτες μονάδες θα κατασκευαστούν από αποσυρμένα ή πλεονάζοντα υπάρχοντα βαγόνια. Όταν ολοκληρωθούν, αυτά τα πρωτότυπα αυτοκίνητα θα απαιτούσαν δοκιμή υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Οι δοκιμές θα επέτρεπαν μια επαναπιστοποίηση σχεδιασμού AAR ή FRA.
Μια πιθανή προσέγγιση είναι η δοκιμή ενός πρώτου πρωτότυπου αυτοκινήτου στη σιδηροδρομική μονάδα δοκιμών της FRA στο Pueblo, Colo. Στη συνέχεια θα ακολουθούσε ο επανασχεδιασμός και οι αλλαγές στη διαδικασία κατασκευής και των εξαρτημάτων ώστε να έχουν χαμηλό κόστος και υψηλή αξιοπιστία υπηρεσιών για την κατασκευή μέχρι τον τελικό σχεδιασμό. Στη συνέχεια, η κατασκευή αυτοκινήτων θα πρέπει να αυξηθεί, με επιλεγμένες ατμομηχανές υπηρεσίας να αναβαθμίζονται για να παρέχουν την επιθυμητή ηλεκτρική συνδεσιμότητα. Ξεχωριστά, θα υπάρξουν διαπραγματεύσεις τόσο με τους εμπορικούς ιδιωτικούς σιδηροδρομικούς μεταφορείς εμπορευμάτων όσο και με ορισμένες από τις υπηρεσίες επιβατών ως προς τις τιμές και τις στοχευμένες σιδηροδρομικές λειτουργίες. Καθώς διαβάζετε αυτήν την έκθεση το καλοκαίρι του 2022, ίσως είναι συνετό να υποθέσουμε ένα τριετές χρονοδιάγραμμα εισαγωγής αυτών των αυτοκινήτων CO 2 Rail DAC σε οποιαδήποτε σημαντική κλίμακα. Αυτό δεν πρόκειται να συμβεί από τη μια μέρα στην άλλη.
Η συνολική οικονομική υπόθεση είναι ότι οι συμμετέχουσες εταιρείες εκμετάλλευσης σιδηροδρόμων θα αποζημιωθούν για το κόστος τους. Μπορεί να υπάρξει ένα τιμολόγιο ή μια σειρά συμβατικών όρων υπηρεσίας που θα αποτελέσουν αντικείμενο διαπραγμάτευσης σε μελλοντική ημερομηνία καθώς κατασκευάζονται και δοκιμάζονται λειτουργικά αυτοκίνητα—και πριν ξεκινήσει η πρώτη πρακτική υπηρεσία λειτουργίας. Με βάση την ευφυΐα πίσω από την αρχική φιλοσοφία σχεδιασμού που μοιράστηκε μαζί μου η ομάδα του CO2Rail το τελευταίο εξάμηνο, είμαι αισιόδοξος. Αυτές είναι οι στρατηγικές τελικές μου παρατηρήσεις. Αυτός ο τύπος περιβαλλοντικής εφαρμογής είναι αυτό που πρέπει να εξετάσουν οι στρατηγικοί σιδηροδρομικοί φορείς Ε&Α.
Ακολουθούν μερικά σημεία τριβής μεταξύ των υπηρεσιών για αυτούς τους επιχειρηματίες περιβαλλοντικής εκκαθάρισης:Είναι διαθέσιμες οι διάφορες ομοσπονδιακές υπηρεσίες εποπτείας και πηγής χρηματοδότησης για ολοκληρωμένη δοκιμή και ανάπτυξη;
Υπάρχει νόμιμος ρόλος συμμετοχής του FRA RT&D; Ή μήπως η FRA πρόκειται να καλύψει μόνο τις δοκιμές ασφαλείας των αυτοκινήτων δέσμευσης άνθρακα και των συνδέσμων ατμομηχανών τους;
Μπορούν η EPA ή άλλες ομοσπονδιακές υπηρεσίες να χρησιμοποιήσουν εύκολα τις εγκαταστάσεις δοκιμών που χρηματοδοτούνται από το FRA για να αποδείξουν την εμπορική λειτουργικότητα αυτού του τεχνολογικού σχεδιασμού;
Ποιος είναι ο συμμετοχικός ρόλος της Ε&Α για τον τομέα της κατασκευής ιδιωτικών αυτοκινήτων;
Είναι οι σιδηροδρομικοί μεταφορείς κατηγορίας I απλώς ο μεταφορέας;
Πόσο σύντομα πριν μάθουμε συλλογικά τους όρους για τη δοκιμή ομοσπονδιακών επιχορηγήσεων;
Από πού προέρχεται αυτή η συνεταιριστική εταιρική ηγεσία της ΣΔΙΤ για να συνδυάσει όλα αυτά μαζί;
Το μόνο σίγουρο είναι ότι υπάρχει μια ευκαιρία για μια αγορά επανόρθωσης άνθρακα για τους σιδηροδρόμους. Και πάντα κάποιο ρίσκο. Ποιος θα ανέβει πρώτος από τη σιδηροδρομική μας βιομηχανία; Γιατί; Και πως?
Αυτή είναι μάλλον η επόμενη ιστορία.
Η Διεπιστημονική Διεθνής Ομάδα:Eric Bachman, CO2Rail
Alexandra Tavasoli, Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο του Τορόντο ; Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης
T. Alan Hatton, Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης
Χρήστος Θ. Μαραβέλιας, Andlinger Center for Energy and the Environment, Πανεπιστήμιο Πρίνστον
Erik Haites, Margaree Consultants Inc.
Alán Aspuru-Guzik, Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο του Τορόντο , Vector Institute for Artificial Intelligence
Jeffrey MacIntosh, Νομική Σχολή, Πανεπιστήμιο του Τορόντο
Geoffrey Ozin, Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο του Τορόντο
βιβλιογραφικές αναφορές
Bachman, E., Tavasoli, A., Hatton, TA, Maravelias, C., Haites, E., Styring, P., Ozin, G. (2022, 20 Ιουλίου). Άμεση σύλληψη άνθρακα αέρα βασισμένη σε σιδηροδρομικές γραμμές. Joule, Volume: 6 (Τεύχος: 7), Σελίδα: 1368-1381. doi: https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.06.025
Climeworks AG. (2021). Άμεση σύλληψη αέρα για να βοηθήσει στην αντιστροφή της κλιματικής αλλαγής. Ανακτήθηκε το 2021, από την Climeworks AG: https://climeworks.com/co2-removal
Evans, S. (2019, 22 Ιουλίου). Αρνητικές εκπομπές – Οι μηχανές άμεσης δέσμευσης CO2 θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν το ένα τέταρτο της παγκόσμιας ενέργειας το 2100. Carbon Brief. Ανακτήθηκε το 2021, από https://www.carbonbrief.org/direct-co2-capture-machines-could-use-quarter-global-energy-in-2100
Halliday, C., & Hatton, T. (2021). Ροφητικά για τη δέσμευση του CO2 και άλλων όξινων αερίων: μια ανασκόπηση. IndU.S.trial & Engineering Chemistry Research, 60(26), 9313-9346. doi: DOI:10.1021/acs.iecr.1c00597
Lackner, Κ., Ziock, H.-J., & Grimes, Ρ. (1999). Εξαγωγή διοξειδίου του άνθρακα από τον αέρα: Είναι μια επιλογή; Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ – Εθνικό Εργαστήριο Λος Άλαμος.
Ο ανεξάρτητος οικονομολόγος των σιδηροδρόμων και συντάκτης της εποχής των σιδηροδρόμων Jim Blaze δραστηριοποιείται στον κλάδο των σιδηροδρόμων για περισσότερα από 40 χρόνια. Εκπαιδεύτηκε στα logistics, υπηρέτησε επτά χρόνια με το Illinois DOT ως σχεδιαστής φορτίων μεγάλης εμβέλειας στο Σικάγο και σχεδόν δύο χρόνια με το τεχνικό προσωπικό της USRA στην Ουάσιγκτον, DC, ο Jim στη συνέχεια πέρασε 21 χρόνια με την Conrail σε διαλειτουργικούς στρατηγικούς ρόλους από την οικονομική επιστήμη. σε συγχωνεύσεις, πληροφορική, logistics και εταιρική αλλαγή. Ακολούθησε αυτό με 20 χρόνια διεθνούς συμβουλευτικής στην εταιρεία σιδηροδρομικών μηχανικών Zeta-Tech Associated. Ο Jim είναι απόφοιτος Magna Cum Laude του Κολεγίου St Anselm με μεταπτυχιακό από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο. Παντρεμένος με έξι παιδιά, ζει εκτός Φιλαδέλφειας. «Αυτή η στήλη αντικατοπτρίζει το συνεχές πάθος μου για το μέλλον των σιδηροδρόμων ως ανταγωνιστικής βιομηχανίας», λέει ο Jim. «Μόνο προκαλώντας περιστασιακά τα ιδρύματά μας μπορούμε να διερευνήσουμε καλύτερη ποιότητα και απόδοση. Οι απόψεις μου είναι δικές μου, ανεξάρτητα από την εποχή των σιδηροδρόμων. Όπως πάντα, οι αντίθετες επιχειρηματικές απόψεις είναι ευπρόσδεκτες».
.railwayage.com
sidirodromikanea.blogspot.com
