أهم الموضوعاتأخبارالطاقة

صناعة معادن صديقة للمناخ.. طرق مواجهة انبعاثات الكربون في الصناعة.. تحقيق التحول الأخضر بالبحث عن معادن جديدة

طرق إنتاج المعادن الخالية من ثاني أكسيد الكربون بإعادة تدوير النفايات المحتوية على معادن

يعرف معظم الناس أن المعادن مصنوعة من الركاز ، ولكن كيف نصنع الذهب من الحصى؟ هذه هي العملية التي يجب أن نفهمها حتى نتمكن من جعل صناعة المعادن صديقة للمناخ. فيما يلي بعض البدائل لإنتاج المعادن الخالية من ثاني أكسيد الكربون .

لتحقيق “التحول الأخضر” ، يحتاج العالم إلى مواد جديدة، ليس أقلها المعادن، اليوم، يحظى الكربون بشعبية خاصة في صناعة المعادن لأنه يمتلك القدرة على إزالة الأكسجين من الخام حتى نتمكن من إخراج المعدن، في هذه العملية، يتكون ثاني أكسيد الكربون، وهو غازات الاحتباس الحراري التي يجب علينا تجنبها في المستقبل، في هذا الوقت، بدأنا في مهمة إيجاد طرق أخرى لاستخراج المعادن ، ولكن ما هي البدائل المتوفرة لدينا بالفعل؟

لضمان مستقبل مع تطوير الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطرق والمدن المقاومة للطقس في جميع أنحاء العالم ، يجب أن نكون قادرين على صنع المعادن بطريقة آمنة ومحايدة مناخياً ومسؤولة. بالطبع، يجب علينا تحسين التعامل مع النفايات المحتوية على معادن وإعادة استخدامها أو إعادة تدويرها، لكن ذلك لن يكون كافياً، إذا أردنا تحقيق التحول الأخضر ، على الصعيد العالمي أيضًا، فإن العالم بحاجة إلى معادن جديدة.

اليوم، تنبعث من صناعة المعادن غازات الاحتباس الحراري، لذلك من الملح إيجاد فرص جديدة لبدائل أكثر ملاءمة للمناخ للعمليات الحالية.

المعادن المستخدمة في السيارات
المعادن المستخدمة في السيارات

ثلاثة مفاتيح لإنتاج المعادن في المستقبل

يوضح الشكل المواد التي لديها القدرة على إزالة الأكسجين من الخامات، وتسمى هذه العوامل المختزلة، في الزاوية اليسرى السفلية من الشكل، نرى الكربون الذي يستخدم لتحويل جميع أنواع الركاز تقريبًا إلى معدن، اليوم. تاريخياً ، كان الكربون عبارة عن فحم أو خشب، ولكن في العصر الحديث يتم استخدام الكربون الأحفوري في الغالب. المواد العضوية مثل الخشب والأشكال الأخرى من الكربون الحيوي ليست أشكالًا نقية من الكربون ، فهي موجودة على الخط الفاصل بين الكربون والهيدروجين . هنا نجد أيضًا مصادر الكربون البيولوجية غير التقليدية مثل الغاز الحيوي.

معادلة إنتاج المعادن المحايدة مناخيا
إنتاج المعادن المحايدة مناخيا

يرى العديد من منتجي المعادن أن عوامل الاختزال القائمة على الكربون هي أكثر عوامل الاختزال إثارة للاهتمام لأنه من المتوقع أن يكونوا قادرين على التكيف مع أساليب الإنتاج الحالية ، بدلاً من تطوير عمليات جديدة تمامًا. ومع ذلك ، فإن استخدام جميع عوامل الاختزال المحتوية على الكربون سيؤدي إلى تكوين ثاني أكسيد الكربون.

من أجل منع هذا من أن يؤدي إلى زيادة في تأثير الاحتباس الحراري، يجب على المرء إما استخدام مصادر الكربون المحايدة لثاني أكسيد الكربون (مثل الكربون الحيوي) أو التقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون من غازات العادم.

إذا تمكنا من القيام بالأمرين معًا في نفس الوقت، فيمكننا الحصول على ثاني أكسيد الكربون- العمليات السلبية في المستقبل، والتي يعتقد الكثيرون أنها ستكون ضرورية لتحقيق الأهداف المناخية، ومع ذلك، فإن ما يسمى بالحلول الكربونية المحايدة لها أيضًا تأخير ، حيث تستغرق شجرة جديدة 90 عامًا في المتوسط لتنمو وتستهلك ثاني أكسيد الكربون المنبعث، لقد فات الأوان إذا أردنا تحقيق أهداف اتفاق باريس.

حاجة لكميات هائلة من الكربون

السؤال الكبير فيما يتعلق بالكربون هو كيف سيكون الوصول إلى الكربون الحيوي في المستقبل. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن نفكر أيضًا في التأثيرات على التنوع البيولوجي والجوانب البيئية المهمة الأخرى. إن كميات الكربون المطلوبة في قطاع المعادن ، للأسف ، ضخمة. من منظور طويل الأجل ، قد لا يكون الكربون حتى الخيار الأفضل الذي يمكننا العثور عليه.

هل يمكن للطاقة أن تحل محل عوامل الاختزال؟

معادلة إنتاج المعادن المحايدة مناخيا
إنتاج المعادن المحايدة مناخيا

في الزاوية اليمنى السفلى من الشكل، لدينا كهرباء، يعرف الكثير أن الألومنيوم، على سبيل المثال، مصنوع عن طريق التحليل الكهربائي.

ثم يتم استخدام الكهرباء للحصول على الأكسجين الموجود في الخام للتخلص من المعدن. ومع ذلك، فإن تقنية التحليل الكهربائي الحالية تقع إلى حد ما في اتجاه زاوية الكربون في الشكل، حيث يلزم وجود أقطاب كهربائية مصنوعة من الكربون في التحليل الكهربائي. تُستهلك أقطاب الكربون في هذه العملية بحيث يجمع المرء فعليًا بين تأثيرات الكهرباء والكربون.

إذا تمكنا من استخدام أنواع أخرى من الأقطاب الكهربائية في المستقبل ، ثم يفضل استخدام الأنواع التي لم يتم استخدامها في العملية ، فيمكن من الناحية النظرية صنع المعدن بالكهرباء فقط كعامل اختزال. اليوم ، يتم إنفاق موارد كبيرة حول العالم على ابتكار حلول إلكترود جديدة لعمليات التحليل الكهربائي المختلفة لمختلف المعادن.

إذا ألقينا نظرة فاحصة على زاوية الإلكترون في الشكل، فسنلاحظ وجود احتمال آخر هناك: البلازما. في الواقع ، إذا كان من الممكن استخدام كميات غير محدودة من الطاقة، فسيكون من الممكن صنع معدن بدون عامل اختزال بخلاف الطاقة النظيفة. ولكن بعد ذلك، يلزم قدر كبير من الطاقة، ومن المحتمل أن يكون هذا الخيار ممكنًا فقط في سيناريوهات الطاقة الأكثر تفاؤلاً.

الهيدروجين المثير للاهتمام للغاية

في الزاوية العلوية من الشكل نجد الهيدروجين، يعتبر الهيدروجين مثيرًا للاهتمام بشكل خاص لأسباب عديدة، خاصة وأن الهيدروجين متاح بسهولة لأنه منتج ثانوي من العديد من العمليات الصناعية المختلفة، لكن لا يمكن استخدام كل الهيدروجين المتاح اليوم، ويرجع ذلك أساسًا إلى التحديات المتعلقة بالنقل والتخزين والسلامة.

اقتصاد الهيدروجين مستقبل الطاقة في العالم
الهيدروجين

يمكن أيضًا صنع الهيدروجين من الغاز الطبيعي أو الغاز الحيوي أو الماء (عن طريق التحليل الكهربائي)، ومع ذلك، لسوء الحظ، لا يمتلك الهيدروجين القدرة على تحويل جميع أنواع الخامات إلى معدن، ولكن ربما توجد طرق لدمج الهيدروجين مع عوامل الاختزال الأخرى لجعله أكثر فاعلية؟

يمكن أن يتعاون الهيدروجين

يوجد على الحافة اليمنى للمثلث بديل آخر عالي الطاقة: بلازما الهيدروجين. هنا، يتم إضافة الكثير من الطاقة، بحيث تتفكك ذرات الهيدروجين.

تعتبر بلازما الهيدروجين أكثر فاعلية كعامل اختزال من غاز الهيدروجين العادي ويمكن استخدامها في العديد من الخامات، وهذا يتطلب طاقة أكثر مما تتطلبه تفاعلات الغاز ، ولكن أقل بكثير مما لو كانت البلازما مصنوعة من الخام نفسه، إمكانية مستقبلية أخرى تدور حول أقطاب الغاز لعمليات التحليل الكهربائي، هنا يمكن تصور استخدام غاز الهيدروجين كعامل مختزل في خلية التحليل الكهربائي.

إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي
إنتاج الهيدروجين  

مرشح قوي آخر لمثل هذه الأقطاب الغازية هو غاز الميثان. غاز يتم الحصول عليه حاليًا بسهولة أكبر من الغاز الطبيعي، ولكن قد يأتي في المستقبل من مصادر بيولوجية، مثل الغاز الحيوي. يمكن أن يكون الميثان وسيلة لإضافة الهيدروجين إلى عملية ما ، أو يمكن أن يكون عامل اختزال في حد ذاته. إن الجمع بين الهيدروجين والكربون في الميثان يجعل هذا خيارًا مثيرًا للاهتمام للغاية لصنع المعدن في المستقبل.

الغازات الأخرى التي يمكن استخدامها لإضافة الهيدروجين إلى العمليات هي الأمونيا، والتي، مثل الميثان، أقل انفجارًا من الهيدروجين النقي، وبالتالي يسهل نقلها وتخزينها،  لكن استخدام الغاز كعامل اختزال يفرض مطالب كبيرة على إعادة هيكلة الصناعات المعدنية، حيث سيكون من الضروري تطوير أنواع جديدة من المفاعلات واستثمارها.

هل يمكن للمعادن أن تصنع المعادن؟

العديد من المعادن يمكن أن تكون عامل اختزال للمعادن الأخرى، على الرغم من عدم تضمينها في الشكل هنا، على سبيل المثال، يمكن أن يكون الألومنيوم عامل اختزال للعديد من المعادن الأخرى والسيليكون، (يستخدم السيليكون في الخلايا الشمسية والإلكترونيات على سبيل المثال).

إعادة تدوير الألواح الشمسية
إعادة تدوير الألواح الشمسية

لكن المشكلة في ذلك هي أنه عليك أولاً إنتاج الألمنيوم، والذي لا يحدث حاليًا بدون انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، بالتالي، فإن هذه الفئة من إنتاج المعادن ستعتمد كليًا على قيامنا بوضع طرق لصنع وإعادة تدوير عوامل الاختزال الجديدة بطريقة محايدة مناخيًا.

لماذا لا تعيد تدوير الكربون؟

عند الحديث عن إعادة التدوير ، فإن إعادة تدوير الكربون هو نوع من “الكأس المقدسة”، سيكون خيارًا مثيرًا للاهتمام للغاية، حيث يمكن إنتاج الكربون بدون المواد الخام الأحفورية، في الوقت نفسه، من شأن إعادة التدوير أن تساعد في تقليل الضغط على مصادر الكربون البيولوجية، مثل الغابات.

إذا تمكنا من التقاط ثاني أكسيد الكربون من غاز العادم ثم تقسيمه إلى غاز أكسجين، والذي يمكن إطلاقه، وشكل كربون يمكن إعادته إلى الأفران و/ أو خلايا التحليل الكهربائي، فسيكون هذا حلاً جذابًا للغاية.

ألواح تمتص ثاني أكسيد الكربون ومولدة للطاقة

يكمن التحدي في أن ثاني أكسيد الكربون مستقر بشكل لا يصدق، لدرجة أنه ستكون هناك حاجة إلى كميات هائلة من الطاقة لتقسيمه، يمكن تقليل كمية الطاقة بشكل طفيف باستخدام محفزات عالية التقنية، مثل الجسيمات المحتوية على السيريوم أو الكائنات الحية مثل الطحالب أو البكتيريا.

بعبارة أخرى، هناك العديد من البدائل المختلفة التي لها جميعًا مزايا وعيوب، ومع ذلك، هناك سبب وجيه للاعتقاد بأن بعض هذه البدائل يمكن أن تكون المفتاح لتحقيق صناعة معدنية محايدة مناخياً في المستقبل.

 

تابعنا على تطبيق نبض

Comments

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى
%d مدونون معجبون بهذه: