Maskine på Mars fjerner CO2 fra atmosfæren – kan vi gøre det samme på Jorden?

På Mars står en maskine, som kan brygge ilt ud fra ingrediensen CO₂.

For nyligt viste et nyt studie, at maskinen, kaldet MOXIE, succesfuldt omdanner CO₂ fra Mars-atmosfæren til ilt, som skal udnyttes af fremtidens astronauter.

Historien fik en af Videnskab.dk’s læsere til at spekulere over, om man ikke kunne udnytte den samme teknologi til at bekæmpe klimaproblemer på Jorden.

»Vi udleder jo for meget CO₂ på Jorden, som giver global opvarmning. Kunne metoden på Mars også bruges på Jorden til at nedbringe CO₂?,« spørger Bjarne i en e-mail til Spørg Videnskaben.

Et glimrende spørgsmål, som vi skynder os at kaste os over. Men først en kort introduktion til, hvad der foregår på Mars.

Brygger ilt på Mars

Iltmaskinen MOXIE sidder inde i maven på en Mars-bil, kaldet Perseverance.

Herfra høster den kuldioxid (CO₂) fra Mars’ atmosfære. Et CO₂-molekyle består af et kulstofatom (C) og to iltatomer (O₂), og MOXIE sørger for at splitte CO₂-molekylerne fra hinanden.

Opsplitningen kræver energi, men resultatet af arbejdet er ilt-molekyler og et biprodukt i form af gassen kulilte, også kaldet kulmonoxid (CO).

Ilten er essentiel, hvis fremtidens astronauter skal kunne trække vejret på Mars og have chance for at komme hjem til Jorden igen – læs mere her.

Også en god idé på Jorden

På Jorden har vi (heldigvis) ikke behov for en maskine, som brygger ilt til vores vejrtrækning.

Men det er faktisk slet ikke så tosset en idé at udnytte principperne fra Mars-maskinen som en del af klimaløsningen på vores egen planet, vurderer Henrik Lund Frandsen fra Danmarks Tekniske Universitet (DTU).

»Det er ikke bare god idé eller noget, man måske kan gøre i fremtiden. Det er noget, vi kommer til at gøre. Det er sikkert som amen i kirken,« siger professor Henrik Lund Frandsen, som forsker i faststofelektrolyse på Institut for Energikonvertering og -lagring på DTU.

Han forklarer, at det er den centrale del af MOXIE-maskinen – en såkaldt faststofelektrolyse-celle – som sørger for, at CO₂ bliver opsplittet og omdannet til ilt og kulilte. Og netop denne teknologi har dansk forskning i høj grad været med til at frembringe, påpeger Henrik Lund Frandsen.

Samme teknologi på Haldor Topsøe

I dag har den danske virksomhed Haldor Topsøe også udviklet en maskine, der på flere punkter minder om MOXIE.

»Haldor Topsøe har lavet et anlæg, som ud fra samme principper som MOXIE omdanner CO₂ til kulilte og ilt,« fortæller Morten Bo Madsen, som er lektor ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

Han er marsforsker og en del af holdet bag iltbrygningen på Mars, og han fortæller, at MOXIE-forskerne fra NASA faktisk for nyligt besøgte Haldor Topsøe for at se den danske ’søster’-maskine.

Målet med Haldor Topsøes maskine er imidlertid ikke at producere ilt – det har vi heldigvis rigeligt af på Jorden – og heller ikke at fjerne CO2 fra atmosfæren. Målet er derimod at producere kulilte, og dermed er ilten bare et spildprodukt.

Producerer kulilte

Kulilten kan blandt andet bruges til at fremstille syntetisk brændstof, ligesom den kemiske industri og elektronikbranchen har brug for kulilte til deres produktion, forklarer Christian Wix fra Haldor Topsøe.

»Vi har arbejdet med teknologien i over 10 år, og oprindeligt havde idéen ikke noget med den grønne omstilling at gøre. Men det har ændret sig. Nu kigger vi på, hvordan man kan lave endnu større anlæg, som kan blive en del af klimaløsningen,« siger Christian Wix, som er chef for produktudvikling hos Haldor Topsøe.

Det lyder næsten for godt til at være sandt: En maskine, som kan fjerne CO₂ og har ilt som det eneste spildprodukt.

Der er imidlertid også en række store og betydelige men’er, som gør, at læseren Bjarne ikke bare kan sætte en MOXIE-lignende maskine op i sin baghave og hjælpe klimaet ved at fjerne CO₂ fra atmosfæren.

En giftig gas

For det første vil Bjarne pludselig have skabt en masse kulilte. En giftig gas, som kan slå mennesker ihjel ved indånding.

Kulilten skal altså håndteres forsvarligt og efter strikse forskrifter, men hvis man er i stand til at gøre det, kan kulilten som nævnt udnyttes som ingrediens i flere typer af industriel produktion.

Et andet problem er den lave koncentration af CO₂ i vores luft på Jorden. På Mars udgør CO₂ mere end 95 procent af atmosfæren. Men på Jorden er tallet kun omkring 0,04 procent.

Selvom det er heldigt for os mennesker og vores vejrtrækning, så ville den lave koncentration af CO₂ i Jordens atmosfære give problemer for en maskine som MOXIE.

»Maskinen ville gå i stykker med det samme, hvis man bare satte den til at køre på luft hentet direkte fra Jordens atmosfære,« siger professor Henrik Lund Frandsen fra Danmarks Tekniske Universitet.

Energikrævende proces

Det er en særlig del af apparaturet – elektroden – som ikke vil kunne tåle den iltholdige atmosfære på Jorden.

»Men lad os sige, at vi i fremtiden kunne opfinde nye elektroder – det kan vi sikkert godt – som vil kunne holde til at komme i kontakt med luftens ilt. Så ville luften stadig have CO₂ i en rigtig lav koncentration i Jordens atmosfære, og det ville gøre processen energikrævende,« siger Henrik Lund Frandsen.

Han påpeger, at opsplitningen af CO₂-molekyler kræver højt tryk, høje temperaturer, energi og strøm. MOXIE-maskinen arbejder eksempelvis med temperaturer på omkring 800 grader.

»I sidste ende ville det ikke være et godt regnskab for klimaet, hvis man bare stillede en maskine op og indhentede luften direkte fra atmosfæren. Det ville være en energikrævende proces, som kun fjernede meget lidt CO₂,« siger Henrik Lund Frandsen.

Skaf CO2 i ren form

Med andre ord er der ikke den store klimagevinst ved at sætte en MOXIE-lignende maskine til at køre på luft høstet direkte i atmosfæren. Der er simpelthen for lidt CO₂ i luften.

Til gengæld er der ifølge Henrik Lund Frandsen stort potentiale i at udnytte princippet fra MOXIE, hvis man kan skaffe sig adgang til CO₂ i ren form.

Men hvordan får man indfanget CO₂, så man kan have det i ren form?

I øjeblikket arbejder man eksempelvis på at høste og fjerne CO₂ direkte fra skorstenen af et kraftværk eller forbrændingsanlæg. I røgen er der typisk omkring 10-15 procent CO₂.

Denne CO₂ kan man indfange og opkoncentrere ved at give røgen et brusebad bestående af særlige stoffer, som binder sig stærkt til CO₂’en, forklarer professor i kemi Anders Riisager fra Danmarks Tekniske Universitet.

»Det er en velkendt teknologi, som findes og bliver brugt flere steder i verden. Potentielt kan man opnå, at et kraftværk slet ikke udleder CO₂, hvis man bruger teknologien. Men problemet er, at metoden er dyr og energikrævende,« forklarer professor Anders Riisager, som fortæller, at metoden til CO₂-fangst er kendt under betegnelsen aminskrubning.

En dyr metode

Generelt vil denne CO₂-fangst-metode ’stjæle’ omkring en tredjedel af den energi, som et kraftværk producerer. Og det har ifølge Anders Riisager været den helt store showstopper for teknologien indtil videre.

»Hvis man virkelig vil implementere det, skal man bruge voldsomme investeringer, og det har man været tilbageholdende med indtil nu, da det er uklart, hvem der skal betale regningen,« siger Anders Riisager, som blandt andet selv er en del af et forskningsprojekt, som forsøger at gøre CO₂-fangst-metoden billigere.

Men altså: Det er allerede muligt at bruge metoden til at indfange ren CO₂, som kan bruges i en MOXIE-lignende maskine.

På den måde sørger man samtidig for, at kraftværket ikke sender mere CO₂ ud i vores atmosfære.

Men findes der også teknologier, som direkte kan fjerne den CO2, som allerede er blevet udledt til vores atmosfære – og dermed modvirke klimaforandringerne, sådan som læseren Bjarne foreslår?

Fjern CO2 fra luften

Ja, lyder svaret fra Anders Riisager, som påpeger, at teknologien er kendt som direct air capture (DAC).

»Det er helt klart muligt, og der er flere virksomheder, som kan gøre det. Men det er ikke særlig effektivt. Grundlæggende virker teknologien bedst, jo højere koncentrationen af CO₂ er. Så derfor er det nemmere at gøre den slags på Mars,« siger han.

Uanset hvordan man indfanger og opkoncentrerer CO₂, er der ikke helt enighed blandt forskerne om, hvad man skal gøre ved den.

To muligheder for CO2

Grundlæggende er der ifølge Anders Riisager to muligheder for at skaffe sig af med CO₂’en:

• Man kan opbevare og gemme CO₂’en væk. Eksempelvis i de gamle olie- og gasdepoter.
• Man kan genbruge CO₂’en. Eksempelvis ved at køre den igennem en maskine som MOXIE, som producerer kulilte, der kan bruges af industrien.

»I sidste ende er den bedste løsning nok at gøre begge dele i stedet for enten-eller. Men hele diskussionen er ikke altid så nuanceret, som man godt kunne tænke sig,« siger Anders Riisager.

»I bund og grund handler det om, at hvis man kan få opkoncentreret CO2, er der rigtig mange muligheder,« tilføjer han.

Læseren har (næsten) ret

På Haldor Topsøe mener Christian Wix også, at læseren Bjarne har haft fat i den lange ende med sin tankegang om at hjælpe klimaet med en MOXIE-lignende maskine.

»Grundlæggende har læseren jo ret. Der skal bare tilføjes et ekstra trin, som er en maskine, der kan tage CO₂ ud af atmosfæren og opkoncentrere den,« siger han.

Med disse ord vil vi sige tusind tak til læseren Bjarne for sin klimavenlige idé fra Mars. Der er en T-shirt på vej til dig.

Også en stor tak til de fire eksperter – Henrik Lund Frandsen, Anders Riisager, Christian Wix og Morten Bo Madsen – for at gøre os klogere på, hvordan man kan håndtere og udnytte CO₂ her på vores egen planet.

Hvis du selv har et spørgsmål, som du gerne vil have forskere til at besvare, så send det endelig til os på sv@videnskab.dk.