أهم الموضوعاتأخبارابتكارات ومبادرات

كشف العلماء عن نظام احتجاز الكربون الأقل تكلفة حتى الآن

تصميم النظام الجديد يلائم محطات الطاقة العاملة بالفحم أو الغاز أو الكتلة الحيوية وأفران الأسمنت ومصانع الصلب

تقرير مصطفى شعبان

تزداد الحاجة إلى التكنولوجيا التي يمكنها التقاط ثاني أكسيد الكربون وإزالته وإعادة توظيفه بشكل أقوى مع كل جزيء من جزيئات ثاني أكسيد الكربون تصل إلى الغلاف الجوي للأرض، لتلبية هذه الحاجة، قام العلماء بوضع علامة فارقة جديدة في جهودهم لجعل احتجاز الكربون أكثر بأسعار معقولة وانتشارًا.

وقاموا في مختبر شمال غرب المحيط الهادئ التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، بإنشاء نظامًا جديدًا يلتقط بكفاءة ثاني أكسيد الكربون – الأقل تكلفة حتى الآن – ويحوله إلى واحدة من أكثر المواد الكيميائية استخدامًا في العالم، الميثانول.

يعتبر حبس ثاني أكسيد الكربون قبل أن يطفو في الغلاف الجوي مكونًا رئيسيًا في إبطاء ظاهرة الاحتباس الحراري، فإن خلق حوافز لأكبر الجهات المسببة للانبعاثات لاعتماد تكنولوجيا احتجاز الكربون هو مقدمة مهمة، تعتبر التكلفة العالية لتكنولوجيا الالتقاط التجاري عائقًا طويل الأمد أمام استخدامها على نطاق واسع.

يعتقد علماء PNNL أن الميثانول يمكن أن يوفر هذا الحافز. له العديد من الاستخدامات كوقود ومذيب ومكون مهم في البلاستيك والطلاء ومواد البناء وأجزاء السيارات، يوفر تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد مفيدة مثل الميثانول مسارًا للكيانات الصناعية لالتقاط الكربون وإعادة توظيفه.

إعادة التدوير

يقارن الكيميائي ديفيد هيلدبرانت ، الذي يقود فريق البحث وراء التكنولوجيا الجديدة، النظام بإعادة التدوير، مثلما يمكن للمرء أن يختار بين المواد التي تستخدم مرة واحدة والمواد القابلة لإعادة التدوير ، كذلك يمكن للفرد إعادة تدوير الكربون.

قال هيلدبرانت: “هذا ما نحاول القيام به هنا بشكل أساسي”، “بدلاً من استخراج النفط من الأرض لصنع هذه المواد الكيميائية، نحاول القيام بذلك من ثاني أكسيد الكربون الذي يتم التقاطه من الغلاف الجوي أو من مصانع الفحم، بحيث يمكن إعادة تكوينه إلى أشياء مفيدة، فأنت تحافظ على الكربون حيًا، لذلك فهي ليست مجرد “أخرجها من الأرض ، استخدمها مرة واحدة ، وتخلص منها بعيدًا”. نحن نحاول إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون ، مثلما نحاول إعادة تدوير أشياء أخرى مثل الزجاج والألمنيوم والبلاستيك. ”

كما هو موضح في مجلة Advanced Energy Materials ، فقد تم تصميم النظام الجديد ليلائم محطات الطاقة التي تعمل بالفحم أو الغاز أو الكتلة الحيوية ، بالإضافة إلى أفران الأسمنت ومصانع الصلب. باستخدام مذيب الالتقاط الذي طوره PNNL ، ينتزع النظام جزيئات ثاني أكسيد الكربون قبل انبعاثها ، ثم يحولها إلى مواد مفيدة يمكن بيعها.

يجب أن يسقط خط طويل من قطع الدومينو قبل إزالة الكربون تمامًا أو منعه تمامًا من دخول الغلاف الجوي للأرض، يمثل هذا الجهد – الحصول على تقنية الالتقاط والتحويل في العالم- بعض المربعات القليلة الأولى الحاسمة.

قال هيلدبرانت إن نشر هذه التكنولوجيا سيقلل من الانبعاثات، ولكن يمكن أن يساعد أيضًا في تحفيز تطوير تقنيات أخرى لاحتجاز الكربون وإنشاء سوق للمواد المحتوية على ثاني أكسيد الكربون، مع وجود مثل هذا السوق، يمكن إعادة تكوين الكربون الذي تم ضبطه بواسطة تقنيات التقاط الهواء المباشر المتوقعة بشكل أفضل إلى مواد أطول عمراً.

ابتكر العلماء في مختبر المحيط الهادئ الشمالي الغربي، نظام التقاط وتحويل ثاني أكسيد الكربون الأكثر تكلفة حتى الآن، مما خفض تكلفة التقاط ثاني أكسيد الكربون إلى حوالي 39 دولارًا للطن المتري، تأخذ العملية غاز المداخن من محطات توليد الطاقة، وتستخدم مذيبًا حاصلًا على براءة اختراع PNNL للتخلص من ثاني أكسيد الكربون ، ثم تحول ثاني أكسيد الكربون إلى ميثانول مفيد صناعيًا.

الدعوة إلى اقتناص الكربون بتكلفة أقل

في أبريل 2022 ، أصدر الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ تقرير الفريق العامل الثالث الذي يركز على التخفيف من تغير المناخ. من بين تدابير الحد من الانبعاثات الموضحة ، تم تسمية احتجاز الكربون وتخزينه كعنصر ضروري في تحقيق صافي انبعاثات صفرية ، خاصة في القطاعات التي يصعب إزالة الكربون منها ، مثل الصلب وإنتاج المواد الكيميائية.

صرحت اللجنة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ في بيان صحفي صدر جنبًا إلى جنب مع أحد أقساط التقرير لعام 2022 أن “الحد من الانبعاثات في الصناعة سيتضمن استخدام المواد بكفاءة أكبر ، وإعادة استخدام المنتجات وإعادة تدويرها وتقليل النفايات”.

انبعاثات الكربون

جاء في التقرير أنه “من أجل الوصول إلى صافي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الصفرية بالنسبة للكربون المطلوب في المجتمع (مثل البلاستيك والخشب ووقود الطائرات والمذيبات وما إلى ذلك) ،” من المهم إغلاق حلقات استخدام الكربون والكربون. ثاني أكسيد من خلال زيادة دائرية مع إعادة التدوير الميكانيكي والكيميائي “.

يركز بحث PNNL على القيام بذلك بالضبط – بما يتماشى مع اللقطة السلبية الكربونية لوزارة الطاقة، باستخدام الهيدروجين من مصادر متجددة في التحويل ، يمكن للفريق إنتاج ميثانول ببصمة كربونية أقل من الطرق التقليدية التي تستخدم الغاز الطبيعي كمادة وسيطة. يمكن أن يكون الميثانول المنتج عن طريق تحويل ثاني أكسيد الكربون مؤهلاً للحصول على سياسات وحوافز السوق التي تهدف إلى دفع تبني تقنيات تقليل الكربون.

يعتبر الميثانول من أكثر المواد الكيميائية التي يتم إنتاجها من حيث الحجم. تُعرف باسم “مادة المنصة” ، وتتنوع استخداماتها. بالإضافة إلى الميثانول ، يمكن للفريق تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى فورمات (مادة كيميائية سلعة أخرى) وميثان ومواد أخرى.

لا يزال هناك قدر كبير من العمل لتحسين وتوسيع نطاق هذه العملية ، وقد يستغرق الأمر عدة سنوات قبل أن تصبح جاهزة للنشر التجاري. ولكن ، قال كاسي ديفيدسون ، مدير قطاع إدارة الكربون وسوق الطاقة الأحفورية في PNNL ، إن استبدال السلع الكيماوية التقليدية ليس سوى البداية، “يفتح نهج الفريق المتكامل عالمًا جديدًا من كيمياء تحويل ثاني أكسيد الكربون . هناك شعور بأننا نقف على عتبة مجال جديد تمامًا لتقنية الكربون القابلة للتطوير والفعالة من حيث التكلفة، إنه وقت مثير للغاية.”

انهيار التكاليف

تمتص الأنظمة التجارية الكربون من غاز المداخن بنحو 46 دولارًا لكل طن متري من ثاني أكسيد الكربون ، وفقًا لتحليل وزارة الطاقة، هدف فريق PNNL هو التخلص من التكاليف باستمرار من خلال جعل عملية الالتقاط أكثر كفاءة وتنافسية من الناحية الاقتصادية.

خفض الفريق تكلفة الاستيلاء إلى 47.10 دولارًا لكل طن متري من ثاني أكسيد الكربون في عام 2021. دراسة جديدة موصوفة في مجلة الإنتاج الأنظف تستكشف تكلفة تشغيل نظام الميثانول باستخدام مذيبات الالتقاط المختلفة التي طورها PNNL ، وهذا الرقم الآن انخفض إلى ما يقل قليلاً عن 39 دولارًا للطن المتري من ثاني أكسيد الكربون.

قال المهندس الكيميائي يوان جيانغ ، الذي قاد عملية التقييم : “نظرنا إلى ثلاثة مذيبات ملزمة لثاني أكسيد الكربون في هذه الدراسة الجديدة”، “وجدنا أنهم يلتقطون أكثر من 90% من الكربون الذي يمر عبرهم، وهم يفعلون ذلك بحوالي 75 في المائة من تكلفة تقنية الالتقاط التقليدية.”

يمكن استخدام أنظمة مختلفة حسب طبيعة المصنع أو الفرن، ولكن بغض النظر عن الإعداد ، تعتبر المذيبات مركزيةـ في هذه الأنظمة، تغسل المذيبات غاز المداخن الغني بثاني أكسيد الكربون قبل انبعاثه، تاركة وراءها جزيئات ثاني أكسيد الكربون مرتبطة الآن بهذا السائل.

كيمياء فريدة  

إن إنتاج الميثانول من ثاني أكسيد الكربون ليس جديدًا، لكن القدرة على التقاط الكربون ثم تحويله إلى ميثانول في نظام واحد يتدفق باستمرار هي، حدث الالتقاط والتحويل تقليديًا كخطوتين متميزتين، مفصولة بكيمياء فريدة وغير تكميلية لكل عملية.

قال هيلدبرانت: “نتأكد أخيرًا من أن إحدى التقنيات يمكنها تنفيذ الخطوتين معًا بشكل جيد” ، مضيفًا أن تقنية التحويل التقليدية تتطلب عادةً ثاني أكسيد الكربون عالي النقاء . النظام الجديد هو أول نظام ينتج الميثانول من ثاني أكسيد الكربون “القذر”.

خفض الانبعاثات
إنتاج الميثانول من ثاني إكسيد الكربون

طلب خفض انبعاثات الغد

عملية التقاط ثاني أكسيد الكربون وتحويله إلى ميثانول ليست عملية سالبة لثاني أكسيد الكربون، يتم إطلاق الكربون الموجود في الميثانول عند حرقه أو عزله عند تحويل الميثانول إلى مواد ذات عمر أطول.

وقال هيلدبرانت إن هذه التكنولوجيا “تمهد الطريق” للعمل المهم المتمثل في إبقاء الكربون مرتبطًا داخل المواد وخارج الغلاف الجوي.

تشمل المواد المستهدفة الأخرى البولي يوريثان الموجود في المواد اللاصقة والطلاء والعزل الرغوي والبوليستر ، والتي تستخدم على نطاق واسع في الأقمشة للمنسوجات، بمجرد أن ينتهي الباحثون من الكيمياء الكامنة وراء تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد تبقيه خارج الغلاف الجوي للمقاييس الزمنية ذات الصلة بالمناخ ، يمكن أن تكون شبكة واسعة من أنظمة الالتقاط على استعداد لإجراء مثل هذه التفاعلات.

بدلاً من مداخن اليوم ، تتصور Heldebrant إنشاء مصافي ثاني أكسيد الكربون داخل أو بجانب محطات توليد الطاقة ، حيث يمكن تصنيع المنتجات المحتوية على ثاني أكسيد الكربون في الموقع.

كتب هيلدبرانت وزملاؤه في مقال نُشر مؤخرًا في مجلة العلوم الكيميائية ، “نحن عند نقطة تحول” ، حيث يمكننا الاستمرار في استخدام البنية التحتية للقرن العشرين، والالتقاط المتآلف والتحويل أو يمكننا البدء في الانتقال إلى القرن الحادي والعشرين الجديد، نموذج القرن لتقنيات التقاط الكربون وتحويله القائمة على المذيبات “.

انبعاثات الكربون

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: