3 تقنيات لالتقاط الكربون يجب توسيع نطاقها لمقابلة صافي الصفر

تقنيات احتجاز الكربون هي تدابير تستخدم لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، غالبًا ما تم تجاهلها وطغى عليها من خلال نمو الطاقة المتجددة – والتي تعد بلا شك الاستراتيجية الأكثر أهمية للتخلص من اعتمادنا على الوقود الأحفوري، فقد أقرت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ مؤخرًا بأهمية احتجاز الكربون وإزالته كجزء أساسي من مكافحة تغير المناخ، إذن، ما هو احتجاز الكربون وتخزينه، وما هي تقنيات احتجاز الكربون الموجودة لدينا حاليًا؟

ما هو احتجاز الكربون وتخزينه؟

يشير احتجاز الكربون وتخزينه (CCS) إلى عملية التقاط ثاني أكسيد الكربون وتخزينه، في الغالب تحت الأرض، في حين أن معظم الناس قد يعتقدون أن احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه مفهوم جديد تمامًا منذ الظهور الأخير لمشاريع التقاط الهواء المباشر (DAC) ، فإن التقنيات التي تمتص ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء كانت موجودة منذ السبعينيات، لا يمثل التقاط الهواء المباشر سوى جزء صغير من صناعة احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون.

وفقًا لآخر تقرير للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC)، فإن تقنيات احتجاز الكربون ليست فقط بديلاً ، ولكنها “حتمية” لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية والحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى أقل من 1.5 درجة مئوية. في حين أن التكاليف ومتطلبات الطاقة لعمليات التقاط الهواء المباشر لا تزال مرتفعة، فإن التطوير المتزامن للطرق التقليدية لـ CCS لا يزال وثيق الصلة بالموضوع.

فيما يلي ثلاث تقنيات متاحة حاليًا لاحتجاز الكربون يجب علينا توسيع نطاقها لتحقيق أهداف صافي الصفر العالمية.

1. طرق التقاط الكربون وتخزينه التقليدية

بدلاً من التقاط ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء، تلتقطه الطرق التقليدية لاحتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون في مصادر التلوث المحددة، نظرًا لأننا نعلم أن توليد الكهرباء من المصدر النقطي هو أكبر مساهم في العالم في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، يمكن أن تكون هذه الطريقة فعالة في تحديد والتقاط الانبعاثات من محطات الوقود الأحفوري، على سبيل المثال.

فإن العيب هو أنه يكاد يكون من المستحيل التقاط الكربون من مصادر غير محددة، مثل النقل، كقطاع يمثل ربع الانبعاثات في الولايات المتحدة ، من أجل تخزينه تحت الأرض، يجب ضغط ثاني أكسيد الكربون أولاً بضغط عالٍ، وللقيام بذلك، يجب فصله عن الغازات والملوثات الأخرى، على الرغم من أنها ليست عملية صعبة بشكل خاص، إلا أنها قد تكون مكلفة، فإن هذه الطريقة أرخص مقارنة بأساليب التقاط الهواء المباشر.

يبدو أن التقاط الهواء المباشر أكثر جاذبية للحكومات نظرًا لحقيقة أن تنفيذ DAC أقل تقييدًا من الطرق التقليدية، حيث تتطلب الأخيرة بشكل كبير استقلالية وتعاون الصناعات، في الوقت نفسه، يعارض الجمهور فكرة تقديم إعانات إضافية لهؤلاء الملوثين الكبار. لكن هذا يشير إلى أن لدينا القدرة على توسيع نطاق تكنولوجيا احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه بسرعة أكبر إذا تم تقديم حوافز للصناعات لتبني هذه الأساليب التقليدية، فيما يلي بعض الطرق الحالية لفصل ثاني أكسيد الكربون النقي عن الشوائب.

2. امتصاص الكربون

الامتصاص هو طريقة ما بعد الاحتراق لالتقاط ثاني أكسيد الكربون. يتطلب توجيه غاز المداخن (غاز عادم الاحتراق الناتج في محطات توليد الطاقة) المتولد أثناء الاحتراق إلى جهاز تنقية لفصل ثاني أكسيد الكربون عن الغازات الأخرى. المواد الكيميائية الوحيدة التي تم استخدامها تجاريًا هي الأمينات ومشتقات الأمونيا.

يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الأمينات الموجودة في جهاز التنظيف لتكوين ملح كربونات قابل للذوبان، ثم يتم نقله وتسخينه في غلاية لعكس التفاعل الكيميائي، مما يؤدي إلى إذابة ملح الكربونات إلى ثاني أكسيد الكربون النقي والأمينات، سيتم ضغط ثاني أكسيد الكربون النقي ونقله إلى موقع التخزين بينما يُعاد استخدام الأمينات لامتصاص المزيد من ثاني أكسيد الكربون في جهاز التنظيف.

بدأ أول احتجاز تجاري للكربون قائم على الأمينات في النرويج في عام 1996، ولكن لم يتم اعتماد هذه التكنولوجيا من قبل معظم محطات توليد الطاقة بسبب ارتفاع سعر تشغيلها ونقص التمويل العام.

في الآونة الأخيرة ، ثبت أن مادة أخرى قادرة على امتصاص ثاني أكسيد الكربون، تشبه العملية القائمة على الأمين: البلاستيك. أظهرت التجارب التي أجرتها جامعة رايس في هيوستن، تكساس أن التحلل الحراري للبلاستيك الذي يتم تسخينه في درجات حرارة مرتفعة ممزوجًا بعنصر كيميائي معين، أسيتات البوتاسيوم، ينتج جزيئات مسامية يمكن أن تحمل ما يصل إلى 18٪ من وزنه في ثاني أكسيد الكربون.

ومن المزايا الإضافية لهذه التقنية أنها تستطيع معالجة مشكلتين بيئيتين أكثر إلحاحًا في وقت واحد: النفايات البلاستيكية وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

تشير التقديرات إلى أن تكلفة التقاط الكربون باستخدام مزيج من البلاستيك وخلات البوتاسيوم يمكن أن تصل إلى 21 دولارًا أمريكيًا للطن من ثاني أكسيد الكربون، وهو أقل تكلفة بكثير من الامتصاص القائم على الأمين الذي يكلف 80 دولارًا إلى 160 دولارًا للطن.

3. حلقات كيميائية

بدلاً من فصل ثاني أكسيد الكربون عن الشوائب بعد الاحتراق، فإن الحلقات الكيميائية هي طريقة تهدف إلى إنتاج ثاني أكسيد الكربون النقي بدون شوائب أثناء الاحتراق في المقام الأول، لإنشاء ثاني أكسيد الكربون النقي، يجب حرق الوقود بالأكسجين النقي كبديل للهواء، حيث توجد العديد من الغازات الأخرى مثل النيتروجين.

يقلل احتراق الوقود المؤكسد من كمية غاز المداخن المنتجة بحوالي 70٪، من خلال إضافة التقاط ثاني أكسيد الكربون النقي في المعادلة ، فإن هذه العملية لديها القدرة على التقاط 100٪ من ثاني أكسيد الكربون في مصدر نقطي.

تقليديا، يمكن فصل الهواء باستخدام وحدة فصل الهواء المبردة (ASU)، وهي آلة تعمل في درجات حرارة شديدة البرودة لتسييل الهواء ثم تقطير الأكسجين إلى شكل سائل، فإن هذه التكنولوجيا مكلفة للغاية وتستهلك الكثير من الطاقة، مما يقلل من حافز الصناعة لاعتمادها.

فإن الحلقات الكيميائية هي شكل مبتكر من احتراق الوقود بالأكسجين الذي لا يتطلب استخدام ASU باهظ الثمن. تعتمد الحلقات الكيميائية على تفاعلين كيميائيين – الأكسدة والاختزال، من منظور الشخص العادي، الأكسدة هي اكتساب الأكسجين مثل الصدأ، في حين أن الاختزال هو فقدان الأكسجين مثل التمثيل الضوئي، الحلقات الكيميائية تتطلب مفاعلين.

في الحالة الأولى ، تتعرض الجزيئات الصغيرة للهواء، وتستخدم معدات خاصة ودرجات حرارة مرتفعة لتسريع الأكسدة بحيث تحتوي الجزيئات المعدنية الصدئة على أكسجين عالي النقاء خلال فترة قصيرة، سيتم نقل الجسيمات إلى مفاعل ثان، حيث يتم الاختزال. هنا ، تلتقي الجسيمات والوقود والأكسجين الذي تحمله الجزيئات سيحرق الوقود ويولد ثاني أكسيد الكربون عالي النقاء الذي يمكن ضغطه.

مستقبل التقاط الكربون وتخزينه

على الرغم من الإمكانات الهائلة لتقنيات احتجاز الكربون ، يتم التقاط وتخزين حوالي 0.1 ٪ فقط من ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء العالم كل عام، يعد الاستخدام الناقص لتكنولوجيا احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه ظاهرة محيرة، حيث ثبت أن تقنيات مثل احتجاز الكربون القائم على الأمين أثبتت جدواها من الناحية النظرية والممارسة ، على عكس بعض الطاقات المتجددة التي هي في عنق الزجاجة.

إلى جانب الافتقار إلى الحوافز، هناك العديد من المعارضين للاستثمار في احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه لأنهم يعتقدون أن احتجاز وتخزين الكربون هو مبرر لاستمرار حرق الوقود الأحفوري وصرف الانتباه عن تدابير الحد من الانبعاثات المباشرة.

هذا مصدر قلق شرعي ، لكن احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه سيكون ضروريًا لانتقال الطاقة المتجددة، كما لاحظت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ. توليد الطاقة المتجددة الحالي ليس كافياً لتحمل طلبنا الهائل على الكهرباء.

يعد احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه مهمًا أيضًا في نمو الطاقة المتجددة، نظرًا لأن مصادر الطاقة المتجددة ليست جميعها “خضراء” ؛ يمكن أن تنبعث الطاقة الحرارية الأرضية في بعض الأماكن من ثاني أكسيد الكربون أكثر من الوقود الأحفوري اعتمادًا على جودة الخزانات الحرارية الأرضية.

تقنيات احتجاز الكربون هي المفتاح للحد من انبعاثات الاحتباس الحراري العالمية والحاجة في عصر الطاقة المتجددة، من خلال الاستثمار والموارد القوية، لدينا القدرة على الاستفادة منها لتحقيق مستقبل خالٍ من الصفر.