Újabb karbonsemlegesítési módszer: gyűjtsük össze a kibocsátást!

Az amerikai CO2Rail Company startup-cég a Sheffieldi Egyetem kutatóival egy olyan szén-dioxid-begyűjtő rendszeren dolgozik, amivel egy dízelvonat menet közben „gyűjthetné össze” a kibocsátását, közel karbonsemlegessé téve működését.

„Ez nagy lesz, és nem csak a levegőbe beszélünk!” – hirdeti honlapján a vállalat, mely egy olyan speciális, közvetlen légbeszívó (Direct Air Capture) technológiát használó vasúti kocsit fejlesztésén munkálkodik, amit személy- és teherszállító vonatokba is be lehet sorozni. A 2020-ban alapított CO2Rail Company úgy tervezi, hogy az első járműveket 2023 első negyedévében kezdik majd építeni.

A társaság és a Sheffieldi Egyetem kutatói által nemrégiben készített tanulmány szerint a vasúti közvetlen légbeszívó ígéretes megoldás lehet a globális klímaváltozás által okozott krízisre. A szén-dioxid levegőből történő begyűjtésének minden módszerénél jelentős energiára van szükség a befogott szén-dioxid koaxálásához, valamint a felhasználáshoz történő regenerálásához. A haladó vonat fékezése során keletkező energiát jelenleg nem túl gyakran hasznosítják, ez pedig lehetőséget kínál a szén-dioxid-begyűjtő technológia vonatokon történő alkalmazására.

A vállalat igazgatója és műszaki vezérigazgatója, Eric Bachman arról számolt be, hogy a CO2Rail Company a legnagyobb vasúti árufuvarozók közül néhánnyal már egyeztett is, akik lelkesednek a koncepcióért. A személyszállító társaságokat még nem célozták meg, de még erősebb válaszra számítanak, mivel a vasúttársaságok a technológiát használva karbonsemleges, sőt karbon-negatív utazást is kínálhatnak.

A Sheffieldi Egyetem Vegyészeti és Biológiai Mérnöki Tanszékének kutatásban résztvevő professzora, Peter Styring elmondta: a szén-dioxid környezetből történő közvetlen begyűjtése egyre sürgetőbb szükségletté válik a klímaváltozás legrosszabb hatásainak mérséklése érdekében. Aki fizet a technológiáért, a kormány vagy magáncégek, akik vállalják a nettó nulla ígéretet. Egyre több vállalat, például a Microsoft, a Google-anyacég Alphabet vagy a Disney mondja azt, hogy elkötelezik magukat a karbonsemlegesség mellett, és szerződéseket kötnek, hogy ellensúlyozzák több millió tonnányi kibocsátásukat.

A technológia folyamatáról Eric Bachman számolt be. A szén-dioxid levegőből történő begyűjtése ciklikus folyamat: a mozgó vonat csúszóáramlatába felérő, nagy levegőbeszívások által működik, melyek a környezeti levegőt nagy, henger alakú gyűjtőkamrákba töltik be. A levegő beszívását követően a kamrákat fedők zárják le, majd megkezdődik a deszorpciós folyamat a szén-dioxid levegőből történő eltávolítására. A levegő egy kémiai folyamaton megy keresztül, mely során leválasztódik a szén-dioxid, a karbonsemleges levegő pedig a jármű hátuljánál áramlik vissza a légkörbe. Egy bizonyos mennyiségű szén-dioxid begyűjtését követően a kamra lezár, a szén-dioxid begyűjtődik, koncentrálódik és tárolódik.

A kamra egynapnyi szén-dioxid-kibocsátást tud tárolni. Egy-egy begyűjtési ciklus a sebességtől függ: egy gyorsabb vonat több szén-dioxidot tud elnyelni és a kapacitási határt is gyorsabban éri el. A levegő beszívása egy gyors szerelvénynél körülbelül 45 percig tart, lassabb vonatnál pedig egy–másfél órát vesz igénybe. A szén-dioxid megkötéséhez szükséges deszorpciós ciklus körülbelül öt–tíz percig tart. Mivel a vonat a sebességével gyűjti össze a levegőt, nincs szükség olyan energiaigényes ventilátorrendszerekre, amik a helyhez kötött közvetlen légbeszívó rendszernél szükséges.

A levegőgyűjtő kamra a CO2Rail-jármű térfogatának 85 százalékát foglalja el. A hátsó másfél méter egy tizenöt tonnás szén-dioxid-tároló. Ezt a tartályt egy hagyományos szén-dioxid-tartálykocsiban ürítik ki személyzetcsere vagy tankolás során.

A tanulmány alapján minden CO2Rail-kocsi naponta tíz–húsz tonna szén-dioxidot tud kivonni. Nagyobb szinten, például egy tíz ilyen járműből álló szerelvény körülbelül 15 ezer autó emisszióját tudja megfogni. Ez a szén-dioxid pedig újra felhasználható nyersanyagként, például vegyianyagok, polimerek, szintetikus üzemanyagok, hűtőanyagok vagy szénsavas üdítőitalok előállításához. Viszont a szén-dioxid-begyűjtés nagyobb mértékű alkalmazásakor a szén-dioxid mennyisége túl sok lesz a körkörös széngazdasághoz. Ennek esetén mélyen a föld alatt, geológiai tárolókban fogják elhelyezni a szén-dioxidot. Ez kivitelezhető például üres olajkutaknál, ahol bármennyi ideig maradhat, ami bizonyos értelemben véve teljes kört jelent: a szén-dioxid ezekből a kutakból került ki és oda is kerül vissza. Végül a szén-dioxid kémiai reakcióba lép a föld alatti ásványokkal, az elemek szilárd, meszes ásványokká kötődnek meg, eközben a kőzetbe zárják a szén-dioxidot.

A tanulmány arról ír, hogy világszerte a legtöbb villamos mozdony, valamint a legtöbb teher- és személyszállításra használt mozdony képes arra, hogy fékezés során az előre irányuló lendületet energiatermeléssé alakítsa, eközben súrlódásmentes fékezési energia keletkezik. A vasúton ezt dinamikus fékezésnek nevezik, ami segít a vonat lassításában. Az energia azonban pusztán ellenálláshővé alakul és a mozdony tetején távozik, nem használva ki a benne rejlő telje potenciált. Ez az energia hajtja majd meg a CO2Rail-kocsikat. A dinamikus fékezés még az 1950-es években jelent meg, az energiát pedig hetven éven keresztül elpazaroltuk – hangsúlyozta ki Bachman. Minden egyes teljes fékezési folyamat elegendő energiát termelhet több mint másfél tonna szén-dioxid eltávolításához. A szakember szerint az elsőszámú kérdés, hogy miért nem használjuk a fékezési energiát a mozdony meghajtására? És igen, ezt már ötven évvel ezelőtt meg kellett volna tenni, de az a közvetlen légbeszívó módszer, amit a CO2Rail a vasútnál alkalmazni tervez, a számítások szerint körülbelül ötször hatékonyabb a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésében. Ennek az az oka, hogy például a fékezési energia akkumulátorban való tárolása energiaveszteséggel jár. Egyes újabb mozdonyoknál ez az energia visszatáplálható a felsővezetékbe. Habár ez az úgynevezett regeneratív fékezés csökkenti a vasút energiafogyasztását, jelenleg mégis csak ritkán használják.

A tanulmány arról is ír, hogy a regeneratív fékezési energiát néhány európai országban, például Svájcban is visszatáplálják a felsővezetékekbe. Ezekben a régiókban alapos műszaki-gazdasági értékelésre és életciklus-elemzésre lenne szükség, mielőtt meghatározható lenne a szén-dioxid-begyűjtési technológia nettó haszna a regeneratív fékezési energiának a felsővezeték-hálózatba történő visszatáplálásával szemben.

Az energia visszatáplálása a hálózatba nagy előrelépés, de szén-dioxid szempontjából nem a legoptimálisabb energiafelhasználás, mivel az ellenállási veszteségek viszonylag magasak, amikor a vonatból az energia a felsővezetékeken keresztül visszakerül a hálózatba.

A tehervonatok Európában sokkal rövidebbek, mint mondjuk Észak-Amerikában vagy Ausztráliában, ahol akár egy kilométeresek vagy még annál is hosszabbak lehetnek. Az európai vasúti infrastruktúra nem tudja kezelni ezeket a vonathosszokat. Jelenleg arra törekednek, hogy az átlagos európai tehervonatoknál hosszabb, 750 méteres szerelvények közlekedhessenek. Ennek tudatában vajon lenne értelme CO2Rail-kocsikat közlekedtetni az európai tehervonatokban? Bachman szerint ami tömeg a rövidebb vonatokból hiányzik, azt mennyiségben pótolják. Észak-Amerikában vagy Ausztráliában négy–öt CO2Rail-kocsi is lehet majd egy szerelvényben, Európában viszont valószínűleg csak kettő, viszont kétszer annyi vonat kell ugyanannyi áru szállításához. Ez azonban nem számít a rendszer termelékenysége szempontjából.

A technológiához meglévő vasúti tartálykocsikat fog újrahasznosítani a CO2Rail Company, az első járművek várhatóan 2023-ban állhatnak üzembe. Az Egyesült Államokban egyszeri újraminősítést kell elvégezni a szövetségi vasúti hivatal számára, a tesztekhez egy vasútvonalat is kijelöltek. A CO2Rail Company-vezér elmondta: ha ez a folyamat befejeződik és megoldják a problémákat, 2024-től elkezdődhet a nagyobb léptékű gyártás öt vagy tíz vagonnal – számol be a Rail Freight.