Restprodukter från skogsindustrin kan hjälpa till att fånga in koldioxid

Svensk massa- och pappersindustri producerar varje år stora mängder restmaterial som ofta måste tas om hand som avfall. Forskare vid Luleå tekniska universitet har visat hur några av dessa restprodukter i stället kan användas för att fånga in koldioxid – och hur naturliga enzymer kan göra processen betydligt snabbare.

– Vi kombinerar två utmaningar: behovet av att minska koldioxidutsläppen och behovet av att hitta bättre användningsområden för industrins restprodukter, säger Ayanne de Oliveira Maciel, som nyligen försvarade sin avhandling i biokemisk processteknik vid Luleå tekniska universitet.

Enzym hjälper till att fånga koldioxid

I avhandlingen Enzyme-Assisted Accelerated Weathering of Industrial Residues for Carbon Capture and Storage undersöker hon restprodukter från massa- och pappersindustrin, bland annat kalkslam och andra mineralrika material.

Metoden bygger på en process som liknar den naturliga vittring som sker när koldioxid reagerar med mineraler i naturen. Problemet är att sådana naturliga processer är långsamma. Därför har Ayanne de Oliveira Maciel undersökt om ett enzym kan användas för att påskynda reaktionen.

Enzymet hjälper koldioxiden att reagera med vatten och gör det samtidigt lättare att frigöra ämnen som kalcium och magnesium från restmaterialet. I försöken kunde enzymet under vissa förhållanden öka mängden infångad koldioxid upp till fyra gånger jämfört med när enzymet inte användes.

– Naturen kan själv binda koldioxid i mineraler, men det tar lång tid. Vi försöker påskynda de processerna och samtidigt använda material som industrin redan har tillgängliga, säger Ayanne de Oliveira Maciel.

Enzymet kan användas flera gånger

En utmaning är att enzymer kan vara dyra och känsliga, vilket gör det svårt att använda dem i stora industriella processer. Forskarna testade därför att fästa enzymet på mycket små magnetiska partiklar.

Det gjorde det möjligt att separera enzymet från blandningen efter processen och använda det igen. I försöken behöll enzymet sin funktion under tio omgångar och gav högre produktivitet än när enzymet användes fritt.

– Om ett enzym ska vara intressant i industriell skala behöver vi kunna återanvända det. Därför är möjligheten att separera och återvinna enzymet en viktig del av arbetet, säger hon.

Forskarna har också studerat hur exempelvis mängden restmaterial, temperatur, tryck och flödet av koldioxid påverkar processen. Under vissa förhållanden fördubblades hastigheten med vilken koldioxiden togs upp.

Koldioxiden ska stanna kvar

Att fånga in koldioxid är bara ena delen av problemet. För att verkligen minska mängden koldioxid i atmosfären behöver den också kunna lagras på ett stabilt sätt under mycket lång tid.

Därför har forskningen gått vidare från själva infångningen till att undersöka hur koldioxiden kan reagera med bergarter och omvandlas till fasta karbonatmineral. I samarbete med malmgeologigruppen vid universitetet visade tester med svenska bergprover att koldioxiden kunde bindas i stabila mineralformer.

Det öppnar för en process där koldioxid först fångas in med hjälp av enzym och industriella restprodukter och därefter lagras permanent genom naturliga reaktioner med lämpligt berg.

– Det viktiga är att se hela kedjan. Koldioxiden ska inte bara fångas in, utan också övergå till en form där den kan lagras stabilt under lång tid, säger Ayanne de Oliveira Maciel.

Kan minska både avfall och transporter

En möjlig fördel är att restprodukter från massa- och pappersindustrin skulle kunna användas nära den plats där koldioxiden uppstår. Om även lämpliga bergarter för lagring finns i närheten kan behovet av att komprimera och transportera koldioxiden långa sträckor minska.

Det är särskilt intressant för industrier som använder biomassa. Om koldioxid som ursprungligen tagits upp ur atmosfären av växande träd fångas in och lagras permanent kan processen på sikt bidra till negativa utsläpp.

Samtidigt får material som annars innebär kostnader för hantering och deponering ett nytt användningsområde.

– Vi vill visa hur biologiska verktyg, industriella restströmmar och mineral kan kopplas samman i samma system. Det kan skapa nya möjligheter att hantera koldioxid samtidigt som resurser som redan finns inom industrin tas till vara, säger Ayanne de Oliveira Maciel.