مختارات

تقنية التقاط وتخزين الكربون واستعماله، هل تنقذ الكوكب!

تقنية جديدة للقضاء على التلوث

إن التقدم الذي أحرزناه مؤخرًا في اعتماد الطاقات المتجددة أمر مشجع حقاً، خاصة بعد أن أصبحت آثار التغير المناخي أكثر وضوحًا. لكن مصادر الطاقة المتجددة هذه وحدها لن تكون كافية لخفض انبعاثات الكربون بالمعدل المطلوب. 

إذن ماذا لو تمكنا من إيقاف هذه الانبعاثات الكربونية من دخول الغلاف الجوي في المقام الأول عن طريق  جمعها من مصادر التلوث. مثل محطة توليد الكهرباء تعمل بالفحم ... أو بشكل أفضل من ذلك، إيجاد استخدام لها ؟ 

حسنًا، يمكننا فعل ذلك من خلال التقاط الكربون و استخدامه و تخزينه. و هو ليس مفهومًا جديدًا، لكنه كان بطيئًا في سيرورته لحد الآن. يتم التخطيط للعديد من منشآت احتجاز الكربون و بنائها في جميع أنحاء العالم، لذلك يمكننا أن نرى هذه التكنولوجيا كيف أصبحت أكثر شيوعًا. 

لكن هل نحن في حاجة إليه حقًا، و ما مقدار التأثير الذي يمكن أن يحدثه ؟. هل هو في الواقع مجرد ذريعة للاستمرار في حرق الوقود الأحفوري و ترك الصناعات الثقيلة الملوثة لتجنب الصراعات ؟ 

تقنية التقاط تخزين و استعمال الكربون CCUS 

قطاع الطاقة مسؤول الآن عن حوالي ثلاثة أرباع انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، لذا إذا كان لدينا أي فرصة لتحقيق الأهداف الموضوعة لخفض هذه الانبعاثات. فمن الأهمية أن تفعل الصناعات الرئيسية في هذا المجال كل شيء تمكنهم من إزالة الكربون من الجو. 

في حين أنه سيكون من الرائع إغلاق جميع محطات الوقود الأحفوري و استبدالها على الفور ببدائل متجددة، لكن هذا ببساطة غير ممكن، حيث يجب أن يكون الانتقال عملية تدريجية. مما يعني أننا سنبقى عالقين مع بعض المصادر الغير متجددة. مع ذلك لا داعي للقلق كثيرا فلدينا بعض الوقت بغض النظر عما نفعله. 

لكن هذا لا يعني أنه يتعين علينا السماح لهذه الصناعات بمواصلة التلوث بمستويات عالية بشكل خطير. باستخدام CCUS (Carbon capture, utilisation and storage)، يمكننا الاستمرار في حرق النفط و الغاز دون الحاجة إلى القلق بشأن كل تلك الانبعاثات السيئة. لا يبدو شيئاً سيئاً للغاية، أليس كذلك ؟ ألا يزيل بعضاً من الضغط لإجراء تغييرات كبيرة على الفور في الوقت الذي يمكننا فيه دفن كل شيء تحت الأرض لفترة من الوقت حتى نتوصل إلى أفضل طريقة للمضي قدمًا ؟

حسنًا، أحد الانتقادات الموجهة إلى CCUS، هو أنه يعطي بعض الصناعات و الحكومات عذرًا لفعل القليل جدًا في وقت يكون فيه من الضروري اتخاذ إجراءات لمعالجة تغير المناخ. على الرغم من ذلك، هذه التقنية نحتاج أن نبدأ في التعامل معها بجدية أكبر. 

في الواقع، صنف الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ، أو IPCC، التقاط وتخزين الكربون باعتباره ضرورة و ليس مجرد خيار لإبقاء تغير المناخ تحت السيطرة. إلى جانب التقنيات المتجددة و حلول تخزين الطاقة الجديدة، يبدو أنه من المقرر أن يصبح أحد أسلحتنا الرئيسية في هذه المعركة. و ليس من الصعب معرفة السبب. 

تشير التقديرات إلى أنه يمكن التقاط ما يقرب من 90٪ من الانبعاثات الناتجة عن العمليات الصناعية واسعة النطاق، لذلك يمكن أن تكون فعالة للغاية. إنه يعمل بشكل أفضل في هذه المواقف أيضًا، حيث توجد تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون. 

في محطات الطاقة التي تعمل بالفحم، يُعتقد أنه من الممكن التقاط ما لا يقل عن 800 ألف طن من CO2 سنويًا، في حين أن محطات الغاز الطبيعي (التي تنتج أقل منه)، يمكن أن توفر أكثر من 400 ألف طن قابلة للاستخراج. 

يتم ذلك عن طريق ثلاث امكانيات:

1- التقاط ثاني أكسيد الكربون قبل الاحتراق

تتطلب التقنبدية الالتقاط المسبق، و تعديل عملية الاحتراق بأكملها. مراحلها الرئيسية هي

  • تغويز الوقود للحصول على خليط من CO + H2O
  • التحول الكيميائي للحصول على خليط CO2 + H2
  • استخلاص ثاني أكسيد الكربون عن طريق المذيب (الميثانول عادةً) ؛
  • إنتاج الطاقة من الهيدروجين (التوربينات).
  • لا يمكن تطبيق هذه التقنية إلا على الوحدات الجديدة.

هذه العمليات المختلفة تجعل من الممكن  أن تحقق معدلات التقاط بشكل عام من 80 إلى 95٪.

2- التقاط ثاني أكسيد الكربون في مرحلة ما بعد الاحتراق

تتضمن هذه العملية التدخل في المراحل النهائية لخطوة الاحتراق و معالجة غازات الاحتراق لاستخراج ثاني أكسيد الكربون. 

الطريقة الأكثر شيوعًا هي الالتقاط بواسطة مذيب ذي صلة بجزيئات CO2 (أي قادر على الارتباط بجزيئات ثاني أكسيد الكربون في ظل ظروف معينة بما في ذلك الضغط ودرجة الحرارة). يتم الالتقاط على مرحلتين: 

  • شحنة المذيب: تتلامس غازات الاحتراق مع المذيب الذي يرتبط بجزيئات ثاني أكسيد الكربون.
  • التجديد: يتم "تجديد" المذيب في حجرة أخرى لإطلاق جزيئات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة به.

يتم إطلاق باقي غاز الاحتراق المنضب من العملية في الغلاف الجوي.

3- التقاط ثاني أكسيد الكربون عن طريق احتراق الأكسجين

يتضمن احتراق الأكسجين حقن الأكسجين النقي أثناء الاحتراق. هذا يتجنب إدخال N2 في غرفة الاحتراق وتواجده في غازات الاحتراق. خطوات غسل و تجفيف غاز المداخن كافية لعزل ثاني أكسيد الكربون. 

تتطلب هذه التقنية إنتاج كميات كبيرة من الأكسجين النقي جدًا. يتم الحصول عليه عن طريق فصله عن الهواء، على سبيل المثال طريقة التبريد. كما يتم دراسة العمليات الأخرى (مثل الأغشية الانتقائية) و غيرها.

متى بدأت فكرة CCUS

عادت فكرة إنشاء أول مصنع لاحتجاز الكربون في عام 1938، لكن أول مشروع كبير يتضمن دفن ثاني أكسيد الكربون تحت الأرض لم يتم حتى عام 1972 في تكساس. استغرق الأمر 24 عامًا أخرى قبل ظهور أول حل مشترك لاحتجاز الكربون وتخزينه في بحر الشمال حول النرويج. 

لذلك، كانت النظرية موجودة منذ ما يقرب من قرن من الزمن، و لكن هناك فجوات كبيرة بين المعالم الرئيسية واستمرار التقدم بشكلٍ بطيئ للغاية. 

في العالم، لا يوجد سوى محطتين لتوليد الطاقة على نطاق واسع تعملان بالفحم. تتمتعان بقدرات احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون، "بترا نوفا" التابعة لشركة NRG في الولايات المتحدة و "سد الحدود الكندي"، المملوك لشركة SaskPower. هذه ليست سوى نوع من المرافق التي نحتاجها حقًا للتكيف مع احتجاز الكربون و كلاهما كانا مشروعين معدلين، لذا ليست بنايات جديدة. 

بشكل عام، تقول وكالة الطاقة الدولية IEA، أنه لا يوجد سوى 18 مرفقًا واسع النطاق لتجميع الكربون و تخزينه تعمل في جميع أنحاء العالم، لذا فإن هذا يغطي أكثر من مجرد محطات تعمل بالفحم. و هي مجتمعة تلتقط حوالي 33 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. 

يبدو هذا كثيرًا، و لكنه لا يزال يصل إلى 0.1٪ فقط من إجمالي انبعاثات الكربون في جميع أنحاء العالم. 

لا يمكننا أن نتوقع بشكل واقعي أن نكون قادرين على التقاط جميع انبعاثات الكربون عندما تأتي من مجموعة متنوعة من المصادر الأخرى أيضًا، مثل النقل و الإسكان، و لكن من الواضح أن هناك الكثير مما يجب القيام به قبل أن يمكن اعتبار CCUS مساهم رئيسي في الحد من الانبعاثات. 

ومع ذلك، فإن IEA متفائلة بشأن التكنولوجيا و تتوقع مستقبلاً حيث ستلتقط مرافق CCUS حوالي 115 جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2060. 

CCUS و مشكلة الوقت

لماذا إذن يستغرق الأمر وقتًا طويلاً للانطلاق ؟ السبب الرئيسي وراء عدم انطلاقها بأسرع ما يمكن ، و ربما كان يجب أن تفعله الآن، يعود إلى الشيء الوحيد الذي يصنع أو يفسد كل شيء في الحياة "المال". قد يكون التقاط الكربون و تخزينه أمرًا رائعًا للبيئة ومستقبل كوكبنا، و الذي يُعتقد أنه سيكون كافيًا، لكنه ليس عملًا مربحًا تمامًا في الوقت الحالي و ليس من السهل على شركات الإنشاء الاستفادة منه. خاصةً عندما تكون عملية مكلفة جدًا حاليًا. هناك أيضًا مخاوف بشأن توفر المواقع في جميع أنحاء العالم حيث يمكن تخزين ثاني أكسيد الكربون بمجرد التقاطه. 

تعتبر بعض المناطق، مثل بحر الشمال في أوروبا، مواقع مثالية للتخزين تحت الأرض، و لكن لا يمكن قول الشيء نفسه عن كل دولة في العالم تتعرض لضغوط خفض انبعاثاتها بشكل كبير و يمكن أن تستفيد من هذا النوع من الحلول. 

يجادل بعض النقاد أيضًا بأن دفنها تحت الأرض أمر محفوف بالمخاطر نظرًا لأنه قد يتسرب من الخزانات ويعود إما إلى الهواء أو إلى إمدادات المياه. يمكن أن تكون النتيجة الأخرى غير المقصودة هي تراكم الضغط تحت الأرض مما يؤدي إلى حدوث هزات من صنع الإنسان - تُعرف باسم الزلازل المستحثة. وما المقدار الذي نحتاج إلى القيام به من هذا ؟ هل هناك هدف يجب أن نهدف إلى ضربه ؟ 

تختلف التقديرات حول السعة الإجمالية المطلوبة لتحقيق أهداف تغير المناخ. تشير بعض التقارير إلى أنه ستكون هناك حاجة إلى ما يصل إلى 10 آلاف جيجا طن عالميًا، لكن إمبريال كوليدج لندن أجرت حساباتها الخاصة مؤخرًا لتستنتج أن 2700 جيجا طن فقط ستكون ضرورية، وأننا في الواقع على الطريق الصحيح لتحقيق هذا بالنظر إلى الوضع الحالي.

استعمالات تخزين ثاني أكسيد الكربون

بالعودة إلى قضية المال هذه، فإن إحدى الطرق لكسب دولارات قليلة باستخدام الكربون المحتجز هي تحويله إلى منتج يمكن للآخرين استخدامه لنوع من الاستخدام. هذا هو الاستخدام، أو جزء "U من Utilisation" في CCUS. 

تتضمن عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى منتج ذي قيمة اقتصادية إما تحويله إلى مواد كيميائية و وقود من خلال تفاعلات معينة أو الحفاظ على ثاني أكسيد الكربون كما هو و استخدامه في تقنيات مثل الاستخلاص المعزز للنفط. هذا هو المكان الذي يستخدم فيه ثاني أكسيد الكربون لطرد المزيد من النفط من الآبار والخزانات مما يمكن استخراجه عادةً من خلال الوسائل التقليدية. 

يتبع آخرون نهجًا أكثر صداقة للبيئة، مثل Climeworks، و هي شركة سويسرية ناشئة، تستخدم التقاط الهواء المباشر لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الهواء وبيعه لاستخدامه في الأسمدة أو المشروبات الغازية. على الرغم من أن أحد الاستخدامات الواعدة لثاني أكسيد الكربون قد يفاجئ قلة من الناس: مواد البناء. 

يمكن بسهولة تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ركام صلب لاستخدامه في الخرسانة دون توليد الكثير من الطاقة على الإطلاق. يمكن أيضًا نقعها في الخرسانة الرطبة للمساعدة في معالجتها حيث يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الماء و الكالسيوم، مكونًا كربونات الكالسيوم الصلبة. 

هذا يعني أنه يمكن عزل ثاني أكسيد الكربون، أو إخفاؤه، في الجدران و الأرضيات طوال العمر الافتراضي للهيكل المبني، كما أنه يقلل من البصمة الكربونية لإنتاج الخرسانة أيضًا، و هو المسؤول عن حوالي ثمانية بالمائة من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. هناك طريقة أخرى لجعل CCUS فرصة عمل أكثر جاذبية وهي خلق حوافز من خلال سياسات جديدة. 

آفاق تكنولوجيا التقاط  تخزين و استعمال ثاني أكسيد الكربون


في عام 2018، قدم الكونجرس الأمريكي ائتمانًا ضريبيًا يكافئ الشركات على كل طن متري من ثاني أكسيد الكربون الذي تلتقطه و تخزنه، بينما توجد أيضًا قوانين جديدة في كاليفورنيا تقدم حوافز للشركات التي تتخذ خطوات لعزل ثاني أكسيد الكربون لديها. 

حتى إذا تم استخدام الكثير منه لاستخراج المزيد من النفط و الغاز من الأرض، و هذا صحيح في كثير من الحالات، فإنه على الأقل يجب أن يحصل على المزيد من عمليات CCUS و تشغيلها. في حين أن قضية المال من حيث التكلفة و الربحية هي واحدة من العوائق الرئيسية التي تحول دون اعتماد CCUS على نطاق واسع، و سيتم نشر التكنولوجيا بشكل مطرد أكثر فأكثر، مما سيبدأ في خفض التكاليف.

الولايات المتحدة هي الرائدة عالميًا حاليًا في تطوير و نشر CCUS، و تهدف Minnkota Power Cooperative الآن إلى بناء أكبر منشأة لاحتجاز الكربون في العالم من خلال مشروعها الجديد Project Tundra. سيشهد ذلك إعادة تجهيز محطة Milton R Young في نورث داكوتا بتكنولوجيا قائمة على الأمينات لالتقاط ما بعد الاحتراق مما يجعلها قادرة على جمع 4 ملايين طن سنويًا من ثاني أكسيد الكربون. 

أوروبا هي نقطة ساخنة أخرى للابتكار CCUS. قدمت شركات الطاقة العملاقة Shell و Total و Equinor خططًا لبناء أول شبكة CCS في العالم قبالة سواحل النرويج. يُعتقد أن مشروع الشفق القطبي الشمالي الذي تبلغ تكلفته 685 مليون دولار قادر على التقاط وتخزين ما يصل إلى 5 ملايين طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا من بعض أكبر البواعث في الاتحاد الأوروبي مع طبقة المياه الجوفية المالحة العملاقة. 

يمكن اعتبار هذه ترسبات ضخمة من المياه المالحة الجوفية، و التي تتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون بمجرد حقنها لتكوين مواد صلبة، مما يمنعها من إعادة دخول الغلاف الجوي عن غير قصد كغاز. مع الشفق القطبي، CO2 would يتم جمعها من مواقع الالتقاط في جميع أنحاء أوروبا - مرة أخرى باستخدام الأمينات - ثم يتم شحنها إلى محطة مقرها جزيرة بالقرب من بيرغن حيث يتم الاحتفاظ بها في صهاريج تخزين مؤقتة قبل حقنها في خزان تحت السطح على ارتفاع 2700 متر تحت قاع البحر. 

من المقرر أن يبدأ تشغيل المشروع في عام 2024 بمجرد توقيع السلطات النرويجية عليه. ما هي التكنولوجيا القائمة على الأمين ؟ حسنًا، تتضمن بعض طرق التقاط الكربون استخدام محاليل الألكيلامين أو الأمين باختصار لفصل و إزالة المركبات الضارة مثل ثاني أكسيد الكربون من غازات المداخن. إنها طريقة فعالة للغاية لالتقاط ثاني أكسيد الكربون عالي النقاء وتستخدم بشكل أكثر شيوعًا من أي طريقة أخرى في مشاريع احتجاز الكربون وتخزينه على نطاق واسع. 

لكن هذا ليس هو النهج الوحيد حيث بدأت الابتكارات الجديدة في الظهور بشكل أكثر انتظامًا. توصل المهندسون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى طريقة لإزالة ثاني أكسيد الكربون بغض النظر عن التراكيزه من غازات المداخن شديدة التركيز لمحطة توليد الطاقة وصولاً إلى الالتقاط المباشر مباشرة من غلافنا الجوي. 

يعتبر الاستخراج من التركيزات المنخفضة أكثر صعوبة في محطات توليد الطاقة، ما بين 10٪ -20٪ من الغاز من المدخنة هو ثاني أكسيد الكربون، لكن في الهواء يكون أقل من 0.04٪ لذلك يصعب "الاستيلاء عليه". تعد طريقة MIT الجديدة بأن تكون طريقة أكثر كفاءة و أرخص بكثير لالتقاط الفحم في سيناريوهات التركيز المنخفض. 

يتضمن توجيه الهواء عبر سلسلة (أو كومة) من صفائح الخلايا الكهروكيميائية، و التي تعمل كنوع خاص من البطاريات التي تمتص ثاني أكسيد الكربون من الهواء أثناء مرورها فوق أقطابها الكهربائية عند الشحن، ثم تطلق الغاز على هيئة CO2 نقي عندما يخرج. 

اكتشف باحثون في جامعة موناش في ملبورن و CSIRO، وكالة العلوم الوطنية الأسترالية، طريقة CCUS التي يزعمون أنها تضع معايير جديدة في الكفاءة. إنه ينطوي على استخدام كميات صغيرة من مادة متطورة تسمى الأطر العضوية المعدنية، و التي تحتوي على مساحات سطحية كبيرة بشكل لا يصدق. الأطر العضوية المعدنية هي مركب بلوري من أيونات المعادن التي تتصرف مثل الإسفنج المملوء بمغناطيس صغير، وله خصائص مسامية بشكل غير عادي. 

يتم تحقيق تكلفة الطاقة المنخفضة من خلال عملية امتصاص مماثلة لتسخين موقد الحث لتقليل الطاقة الإجمالية المطلوبة. صنع العلماء الأستراليون موادهم الفريدة عالية الامتصاص باستخدام الأطر العضوية المعدنية التي يمكن أن تتجدد بسرعة كبيرة بالإضافة إلى استخدام القليل جدًا من الطاقة. هذا كما يقولون سيجعلها طريقة رخيصة نسبيًا، وهم يهدفون إلى أن يكونوا قادرين على التقاط ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء في المستقبل. 

على الرغم من أنه لا يزال هناك عمل يتعين القيام به لحل المشكلات و لم نتمكن بعد من رؤيتها تصل إلى كامل إمكاناتها، فمن المؤكد أن التقاط الكربون و استخدامه و تخزينه يلعب دورًا ما في مهمتنا الجماعية لخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. 

ينضم المزيد من الحكومات والشركات، و لكن ربما ليس بالسرعة المطلوبة، و يجادل البعض بأن صناعة النفط والغاز يمكن أن تفعل المزيد أيضًا. حتى أخذوا زمام المبادرة في هذا المجال لأن لديهم الوسائل المالية والمعرفة الهندسية لدفع ابتكار CCUS إلى الأمام. 


أخيراً.. 

على الرغم من كل هذا، إذا تمكنا من إنشاء هذه الحوافز لجعلها أكثر قابلية للتطبيق من الناحية المالية ، وزيادة عدد المشاريع و الاستمرار في اكتشاف طرق جديدة للقيام بذلك، خاصة مع التقاط الهواء المباشر.

فقد تكون CCUS هي الدفعة التي نحتاجها للقضاء على أزمة المناخ هذه و انقاذ الكوكب من ما هو أسوء. 


المصدر

2   1


تعليقات
ليست هناك تعليقات
إرسال تعليق