تحويل ثاني أكسيد الكربون المتسبب الاحتباس الحراري إلى قوة خضراء

يمكن أن تصبح الغازات الدفيئة الرئيسية التي تساهم في الاحتباس الحراري مورداً رئيسياً للوقود الحيوي الذي يمكن أن يخفض انبعاثات السيارات والطائرات والسفن.

لدى لورا مارتينيلي ذكريات حلوة ومرة حول مشروع الوقود النظيف الذي تديره، توقف بسبب الموت المفاجئ للباحث البارز، ولكن انتهى به الأمر إلى فتح أرضية مهمة في هذا المجال.

تقول مارتينيلي، إن النجاح النهائي للمشروع كان شبه مستحيل لولا مساهمة الباحث الراحل، أرين بار إيفن، عالم الكيمياء الحيوية الذي توفي عن عمر يناهز الأربعين في سبتمبر 2020 أكثر بقليل من منتصف الطريق خلال مبادرة الأربع سنوات.

التقدير والإنجاز

عمل بار-إيفن في معهد ماكس بلانك لفيزيولوجيا النباتات الجزيئية في ألمانيا، وكان رائدًا في المشروع ، الذي أطلق عليه اسم eForFuel وحصل على تمويل من الاتحاد الأوروبي لتطوير الوقود الحيوي من ثاني أكسيد الكربون، على وجه التحديد، جربت بكتيريا الإشريكية القولونية لإنتاج البروبان والأيزوبيوتين، والتي يمكن تحويلها إلى بدائل للوقود.

حليف في معركة تخضير الاقتصاد

قالت مارتينيلي، الرئيس التنفيذي لشركة إيطالية للأبحاث التكنولوجية تدعى INsociety “لقد حصل على بعض المسارات لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مركبات مفيدة”، “بدونه، لم يكن ذلك ممكنًا، لقد ساهم في فرصنا في إزالة الكربون من مجتمعنا”.

تكتسب فكرة تحويل ثاني أكسيد الكربون، الغاز الرئيسي المسببة للاحتباس الحراري، إلى حليف في معركة تخضير الاقتصاد الأوروبي، زخمًا مع توسع الأبحاث في مجال الوقود الحيوي.

يمكن استخدام الوقود الحيوي، وهو شكل من أشكال الطاقة المتجددة، لتشغيل السيارات والطائرات والسفن، اعتمادًا على عملية الإنتاج والخليط، يمكن أن ينبعث منهم غاز ثاني أكسيد الكربون أقل من البنزين، والديزل، والكيروسين، وأنواع الوقود التقليدية الأخرى.

يتم إنتاج معظم أنواع الوقود الحيوي حاليًا من محاصيل، مثل عباد الشمس وفول الصويا، مما يتسبب في إجهاد الإمدادات الغذائية، هذا هو السبب في أن الاتحاد الأوروبي يحد من كمية هذا الجيل الأول من الوقود الحيوي، ويعزز البحث عن البدائل غير المشتقة من المحاصيل الغذائية.

نقل أنظف

أما بالنسبة للبروبان والأيزوبيوتين، فيمكن استخدامها لتقليل الانبعاثات من الشحن والطيران، كل من هاتين الصناعتين مسئولة عن حوالي 2.5٪ من تصريفات ثاني أكسيد الكربون العالمية .

قالت مارتينيلي: “لا يمكن أن تكون جميع وسائل النقل كهربائية”، “المركبات الثقيلة بشكل خاص، مثل الطائرات أو السفن، ستحتاج على المدى القصير إلى الوقود الحيوي”.

أظهر فريق eForFuel أن بكتيريا الإشريكية القولونية يمكن أن تنتج البروبان والأيزوبيوتين في عملية تنطوي على استخدام الكهرباء.

توجد بكتيريا الإشريكية القولونية بشكل شائع في أمعاء الحيوانات ذوات الدم الحار وتساعدها على الهضم. يمكن أيضًا زراعة البكتيريا في المختبرات.

تمكن فريق بقيادة Bar-Even في عام 2020 من إعادة برمجة الإشريكية القولونية لتتغذى على ثاني أكسيد الكربون .

وجد المشروع، الذي انتهى في أبريل 2022 ، أيضًا أن الطاقة الكامنة المتولدة ستفوق الكمية التي تم توفيرها.
قالj مارتينيلي: “لقد أثبتنا أن رد الفعل كان ممكنًا”، “لقد أثبتنا أنه يمكننا إنتاج هذه الأنواع من الوقود من ثاني أكسيد الكربون . ”

حتى بعد الاختراق، سيستمر البحث في هذا المجال في المستقبل المنظور في محاولة لجعل المخرجات على نطاق واسع ممكنة، قال مارتينيلي: “نحن بحاجة إلى جعل العملية فعالة بما يكفي لاستخدامها على نطاق صناعي ، الأمر الذي قد يستغرق سنوات”.

اختبار غلاية الفولاذ

يسعى مشروع بحثي آخر – STEELANOL – إلى إعادة تدوير الانبعاثات من صناعة الصلب، وتحويلها في النهاية إلى وقود حيوي.

خارج مدينة غينت البلجيكية، بعيدًا عن السياح في وسط العصور الوسطى، يوجد أحد أكبر بواعث ثاني أكسيد الكربون في بلجيكا: مصنع صلب تابع لشركة ArcelorMittal، ثاني أكبر منتج للمعدن في العالم.

ينتج مصنع غينت أكثر من 9 ملايين طن من الملوثات سنويًا – أي ما يعادل حوالي 8٪ من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من بلجيكا بأكملها.

في عملية تُعرف باسم التقاط الكربون واستخدامه (CCU) ، يتم التقاط بعض هذا الغاز الغني بالكربون – مزيج من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون – وضخه في أربعة مفاعلات يبلغ ارتفاع كل منها 34 مترًا.

تأكل الميكروبات الكربون وتحوله إلى إيثانول ، وهو وقود يمكن أن يقلل الانبعاثات في كل شيء من الطائرات إلى مستحضرات التجميل.

قال ويم فان دير ستريخت، المسؤول عن استراتيجية تكنولوجيا ثاني أكسيد الكربون في شركة ArcelorMittal ” صناعة الصلب هي صناعة يصعب نزع الكربون عنها”، “سيستغرق الأمر سنوات على الأقل، تتيح لنا هذه التكنولوجيا الجديدة القيام بشيء مفيد مع هذه الانبعاثات في غضون ذلك.”

المفاعلات الحيوية الكبيرة

تم بناء مفاعلات التخمير بالغاز التي تحول الآن انبعاثات الكربون في جنت كجزء من STEELANOL ولم تكتمل إلا مؤخرًا.

أنتجوا أول إيثانول من انبعاثات الكربون في يونيو 2023، داخل المفاعلات ، تدعم البيئة المُعايرة بعناية الميكروبات الحية التي تتغذى على ثاني أكسيد الكربون .

قال Van der Stricht “هذه الميكروبات موجودة منذ فترة طويلة ويمكنك العثور عليها في كل مكان في الطبيعة”، “فقد حفزناهم على تحويل انبعاثات الكربون إلى إيثانول.”

هذه العملية، التي طورتها شركة مقرها الولايات المتحدة تسمى LanzaTech ، تشبه عملية التخمير التي تمر بها بعض المواد الغذائية مثل البيرة أو الجبن.

في حين أن الإيثانول الناتج يمكن أن يعمل كوقود للنقل ، فمن المحتمل أن تكون الاستخدامات أوسع وتمتد إلى الصناعات بما في ذلك مستحضرات التجميل والبلاستيك.

قال” Van der Stricht نتحدث أيضًا مع شركات مستحضرات التجميل لأنها تريد الحصول على مذيبات مستدامة”، “لكن الإيثانول الخاص بنا يمكن أن يساعد أيضًا في جعل إنتاج البلاستيك أكثر خضرة.”

أهداف التوسع

استغرق بناء الموقع الصناعي في جنت عدة سنوات، و STEELANOL نفسها هي مبادرة تقترب من عقد من الزمن من المقرر أن تستمر حتى نهاية مارس 2024.

على الرغم من إنتاج أول إيثانول في إطار المشروع ، فإن زيادة الإنتاج ستستغرق وقتًا، بحلول نهاية STEELANOL ، من المفترض أن ينتج الموقع حوالي 80 مليون لتر من الإيثانول سنويًا، فإن التوسع سيكون تحديًا، وفقًا لفان دير ستريخت.

وقال “نحن بحاجة للحفاظ على البيئة المثالية للميكروبات”، “إنهم يريدون درجات حرارة تبلغ حوالي 37 درجة مئوية، ومثل البشر، يحتاجون إلى الفيتامينات والمعادن، والتي نحتاج إلى إضافتها إلى العملية، نحن نراقب المفاعلات الحيوية باستمرار ونحسنها.”

بالإضافة إلى الأسئلة التكنولوجية، ستلعب المسائل التنظيمية دورًا في تطوير أنواع الوقود من ثاني أكسيد الكربون .

غالبًا ما يقع تحديد ما إذا كان الوقود الذي تنتجه عمليات CCU مؤهلًا على أنه مستدام في منطقة رمادية، مما يعيق الشركات التي تطور التكنولوجيا.

قال فان دير ستريخت: “في السنوات القليلة الماضية كان هناك قدر كبير من عدم اليقين حول هذا الأمر”.

التحديث القادم لتشريعات الطاقة المتجددة سيجلب المزيد من الوضوح لهذه الصناعة، إذا وافق المشرعون في الاتحاد الأوروبي على تعزيز الأحكام الخاصة بوقود CCU ودورهم في الحد من الانبعاثات، فسيكونون مستعدين لقفزة أخرى إلى الأمام في أوروبا.

قالت مارتينيلي: “نحن نتقدم بسرعة كبيرة“، “قبل عشر سنوات لم نكن نعرف