خريطة طريق للحد من الانبعاثات في قطاعات الاقتصاد التي يصعب كهربتها.. مستقبلاً خاليًا من النفايات

يعتمد النهج الرئيسي لتحقيق صافي انبعاثات كربونية صِفر على تحويل أجزاء مختلفة من الاقتصاد، مثل المركبات الشخصية والتدفئة، لتعمل عبر الكهرباء المولدة من مصادر متجددة.

لكن لا يمكن إزالة الكربون من جميع أجزاء المجتمع.

لا يمكن إزالة الكربون من المواد البلاستيكية، الموجودة في كل مكان في العالم الحديث، لأنها مصنوعة من جزيئات ذات أساس كربوني.

بقيادة الكيميائي ويندي شو من مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني (PNNL)، أنتج جهد متعدد المؤسسات خريطة طريق جديدة للحد من الانبعاثات في قطاعات الاقتصاد التي يصعب كهربتها.

يتضمن النهج متعدد الأوجه تطوير أنواع الوقود غير الكربوني، وإيجاد مصادر غير أحفورية للكربون، والحفاظ على الكربون في مكانه بمجرد دخوله الدورة، مما يؤدي بشكل مثالي إلى استخدامات متعددة لكل ذرة كربون.

ويؤكد مؤلفو خارطة الطريق أن الكربون أحادي الاستخدام لم يعد من الممكن أن ينتشر على نطاق واسع، يجب الحفاظ على الكربون في اللعب من خلال الاقتصاد الدائري، حيث يتم استخدام كل ذرة كربون عدة مرات، ويمكن إعادة استخدام الكربون في نفس القطاع الصناعي أو أن يكون بمثابة مادة خام لقطاع صناعي جديد، على سبيل المثال، سيكون تطوير عمليات إعادة تدوير البوليمر وإعادة استخدام المواد المعتمدة على الكربون بكفاءة أمرًا أساسيًا لمستقبل صافي انبعاثات الكربون صفر.

إغلاق دورة الكربون

وقال مدير PNNL ستيفن أشبي: “نحن بحاجة إلى حلول جديدة ومبتكرة لتحقيق أهدافنا في إزالة الكربون”، “إن التعاون هو المفتاح لتسريع البحث العلمي المستوحى من الاستخدام في علم الحفز والفصل الذي سيدعم هذه الحلول، وأنا أنتظر بفارغ الصبر هذه النتائج ونشرها في مجال الطيران والنقل بالشاحنات الثقيلة والنقل البحري.”

انبثقت الأفكار من ورشة عمل حول “إغلاق دورة الكربون”، استضافتها بشكل مشترك PNNL، ومختبر أميس الوطني، ومختبر أرجون الوطني، ومختبر بروكهافن الوطني، ومختبر لورانس بيركلي الوطني، ومختبر أوك ريدج الوطني، ومختبر المسرع الوطني SLAC وكان من بين القادة من كل مختبر شو، وجيمس موريس، وماكس دلفرو، وسانجايا سيناناياكي، وفرانشيسكا توما، وميشيل كيدر، وسيمون باري، على التوالي.

وقال بول كيرنز، مدير أرجون: “إن تطوير تقنيات إعادة تدوير الكربون وتحويله هو أمر أساسي لمستقبل الطاقة النظيفة، وأرجون ملتزمة بدعم تطويرها”، “أشيد بالباحثين الذين يتعاونون عبر مجمع المختبرات الوطنية التابع لوزارة الطاقة لدفع هذه الابتكارات التحويلية لتحقيق صافي الصفر بحلول عام 2050.”

خارطة طريق لإزالة الكربون

يتمتع كل من الهيدروجين والأمونيا بإمكانية استخدامهما كوقود خالي من الكربون، ومع ذلك، فإن كلاهما يواجه تحديات واضحة في التنفيذ.

وعلى وجه الخصوص، فإن تكلفة تخزين ونقل الهيدروجين تجعله غير عملي مع التقنيات الحالية، إن العمل على تطوير جزيئات ومواد حاملة لتمكين نقل الهيدروجين بشكل آمن وبأسعار معقولة سوف يكمل هدف Hydrogen Earthshot التابع لوزارة الطاقة المتمثل في إنتاج الهيدروجين بشكل متجدد مقابل دولار واحد للكيلوجرام الواحد أو أقل، يمكن أن يساعد خفض التكلفة هذا في إنشاء أنظمة قابلة للحياة تعتمد على الهيدروجين.

يعد استخدام الكربون من مصادر متنوعة أمرًا أساسيًا في النهج المقترح.، سيظل الكربون ضروريًا للعديد من القطاعات الاقتصادية الحيوية، وهذه القطاعات مرشحة لدورة الكربون الدائرية من خلال إعادة التدوير ودمج مصادر الكربون المتعددة.

تشمل المصادر المحتملة للكربون الثمين الكتلة الحيوية ونفايات الطعام والنفايات البلاستيكية.

جعل هذه العملية حقيقة يتطلب عمليات فصل وتحويلات تتسم بالفعالية والكفاءة، لأن الخلائط المعقدة تشكل معظم تيارات الكربون غير الأحفورية.

الكربون سلعة قيمة يجب الحفاظ عليها وإعادة استخدامها

وقال شو، كبير مسؤولي العلوم والتكنولوجيا في مديرية العلوم الفيزيائية والحاسوبية في PNNL “يجب أن يُنظر إلى الكربون على أنه سلعة قيمة يجب الحفاظ عليها وإعادة استخدامها”. “تتمثل رؤيتنا في تحويل دور الكربون في اقتصادنا من خلال إعادة استخدام كل ذرة كربون عدة مرات في اقتصاد دائري .”

ولا يزال تحويل النفايات “التقليدية” بشكل فعال إلى مواد قابلة لإعادة الاستخدام أمرًا بالغ الأهمية، قد يوفر الجمع بين خطوات الفصل والتحويل من خلال عمليات الفصل التفاعلية طريقة عملية.

تجمع عمليات الفصل التفاعلية بين التفاعلات الكيميائية وعمليات الفصل المنقية ويمكن أن توفر تكثيفًا للعملية، وتحويل الكربون غير الأحفوري بشكل أكثر كفاءة.

وقال موريس: “نحن بحاجة إلى تطورات علمية أساسية جديدة لإنتاج مناهج صناعية متكاملة”، “وسوف تخلق التقنيات الناتجة فرصًا اقتصادية جديدة، وتطويرًا تعليميًا، ونموًا إضافيًا لفرص العمل.”

وتمثل خارطة الطريق مستقبلاً خاليًا من النفايات، حيث يتم التعامل مع الكربون كسلعة ثمينة وليس كمورد يمكن التخلص منه، إن جلب مصادر مستدامة للكربون إلى اقتصاد دائرة الكربون أمر ضروري لهذا المستقبل.