الاحتباس الحراري : الجيل الجديد من مصائد ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يجعل التقاط الكربون عمليًا

تتكاثر طواحين الهواء والألواح الشمسية بسرعة ، لكن ليس بالسرعة الكافية لدرء أسوأ ما في تغير المناخ. يقول خبراء المناخ في الأمم المتحدة إن القيام بذلك سيتطلب أيضًا التقاط ثاني أكسيد الكربون (CO2) من عشرات الآلاف من محطات توليد الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري والمداخن الصناعية التي من المرجح أن تستمر في التجشؤ لسنوات قادمة. يعتبر الأسلوب الأكثر شيوعًا اليوم لالتقاط ثاني أكسيد الكربون مكلفًا للغاية للاستخدام على نطاق واسع. لكن الباحثين يطورون الآن جيلًا جديدًا من مصائد ثاني أكسيد الكربون الكيميائية ، بما في ذلك واحد تم عرضه هذا الشهر لتقليل التكلفة بنحو 20٪. عندما تضاف الإعفاءات الضريبية الحالية في الولايات المتحدة إلى هذا المزيج ، يقترب التقاط الكربون من الجدوى التجارية ، كما تقول جوان برينيك ، خبيرة احتجاز الكربون في جامعة تكساس ، أوستن.

 تستخدم التكنولوجيا الحالية مواد كيميائية ممتصة لثاني أكسيد الكربون تسمى الأمينات ، مذابة في الماء. تكمن المشكلة في أنه بمجرد أن تلتقط الأمينات ثاني أكسيد الكربون ، يجب نزع غازات الاحتباس الحراري وتخزينها حتى يمكن إعادة استخدام الأمينات. يتطلب إطلاق ثاني أكسيد الكربون غلي الماء وإعادة تكثيف بخار الماء لاحقًا ، الأمر الذي يتطلب كمية هائلة من الطاقة ويزيد من التكلفة. أدخل مواد الالتقاط الجديدة "الخالية من المياه" ، بما في ذلك واحدة موصوفة في التقرير الأخير. يقول برينيك: "هذه دراسة جميلة وكاملة جدًا".

على مدى عقود ، عمل الباحثون على إيجاد طرق لالتقاط الكربون من الانبعاثات الصناعية واستخدامه إما لصنع مواد كيميائية أو تخزينه تحت الأرض. في العام الماضي ، استحوذت الشركات على حوالي 40 مليون طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، ويمكن أن ترفع 30 منشأة إضافية لاحتجاز الكربون في جميع أنحاء العالم هذا الرقم إلى 140 مليون طن - لا يزال ضئيلًا مقارنة بالانبعاثات العالمية السنوية الحالية التي تبلغ حوالي 35 مليار طن. من أجل زيادة جهود احتجاز الكربون بأوامر من الحجم ، تتوقع وزارة الطاقة الأمريكية أنه بحلول عام 2035 ، يجب أن تنخفض التكلفة من حوالي 58 دولارًا للطن مع أحدث الأمينات القائمة على الماء إلى 30 دولارًا للطن.

عادة ، يتم رش الماء الذي يحتوي على الأمينات في الجزء العلوي من برج العادم. عندما تسقط القطرات عبر الغاز ، فإنها تمتص ثاني أكسيد الكربون. في الجزء السفلي من البرج ، يتم ضخ السائل الغني بـ CO2 في وعاء منفصل ويتم تسخينه لغلي الماء. بعد ذلك ، يؤدي الضغط المطبق إلى تكثيف بخار الماء ، تاركًا تيارًا نقيًا من ثاني أكسيد الكربون ليتم التقاطه وتخزينه. يُضاف الماء المكثف مرة أخرى إلى الأمينات ويتم نقله عبر الأنابيب إلى البرج لجولة أخرى من التقاط ثاني أكسيد الكربون.

في عام 2009 ، سعى ديفيد هيلدبرانت ، الكيميائي في مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني (PNNL) ، إلى اتباع نهج جديد: "كان الهدف هو الابتعاد عن الماء" ، على حد قوله. على مدار العقد التالي ، أنشأ هو وفريقه مجموعة من المذيبات العضوية السائلة ، واستقروا في النهاية على مجموعة تحتوي على مجموعات أمين تستحوذ على ثاني أكسيد الكربون دون الحاجة إلى الماء أو عوامل الالتقاط المذابة. يمكن للمذيبات العضوية إطلاق ثاني أكسيد الكربون عند تسخينها ، ولكن على عكس الماء ، لا يلزم غليها وإعادة تكثيفها ، مما قد يوفر الطاقة.

لم يكن نجاحًا فوريًا. وجد فريق هيلدبرانت أنه عندما يلتقط المذيب ثاني أكسيد الكربون ، تترسب المواد الصلبة الغنية بالكربون ، مما يجعل السائل لزجًا ويصعب ضخه. كشف تعاون مع فريق بقيادة روبرت بيري ، الكيميائي في GE Global Research ، أنه عندما تربط الأمينات بثاني أكسيد الكربون ، تنجذب ذرات الهيدروجين في جزيئات المذيبات إلى الجزيئات المجاورة ، وتربطها معًا. لذلك ، قام الباحثون بتعديل هيكل المذيب ، وإنشاء جزيء يسمى 2-EEMPA. عندما يكون CO2 المرتبط بالمذيب الجديد ، كان من المرجح أن تتشكل روابط الهيدروجين داخل جزيئات 2-EEMPA الفردية ، بدلاً من تكوينها بين الجيران ، حسبما أفادوا في نوفمبر 2020 في Energy & Environmental Science.

الآن ، في عدد مارس من المجلة الدولية للتحكم في غازات الاحتباس الحراري ، نشر فريق PNNL ، جنبًا إلى جنب مع باحثين في معهد أبحاث الطاقة الكهربائية وعملاق الهندسة فلور ، تحليلاً مفصلاً يوضح أن محطة طاقة تعمل بالفحم على نطاق واسع باستخدام تتطلب 2-EEMPA طاقة أقل بنسبة 17٪ من أنظمة احتجاز الكربون الحديثة. سيؤدي ذلك إلى خفض تكلفة احتجاز ثاني أكسيد الكربون إلى 47 دولارًا للطن ، بدون تضمين تكلفة نقل وضخ ثاني أكسيد الكربون تحت الأرض. "إنه مذيب واعد جدًا" ، كما يقول مارتي ليل ، كيميائي لاحتجاز الكربون في RTI International. في العام المقبل ، يخطط فريق PNNL لاختبار 2-EEMPA في اختبار صغير لالتقاط الكربون بحرق الفحم 0.5 ميغاوات في ألاباما.

حقق باحثون آخرون تقدمًا في استخدام مذيباتهم. في عام 2014 ، طور Brennecke وزملاؤه مادة أيونية سائلة ماصة لثاني أكسيد الكربون والتي من المتوقع أن تلتقط الكربون بنفس تكلفة 2-EEMPA. وقد ابتكر ليل وزملاؤه مذيبًا مائيًا منخفض التكلفة ومملوكًا لهم ، وسيبدأون اختباره في محطة للطاقة في النرويج في أوائل العام المقبل. يقول إن مذيبات الالتقاط العضوية "لها مستقبل حقيقي".

يمكنهم أيضًا الحصول على دعم من صانعي السياسة. تقدم الولايات المتحدة بالفعل للشركات ائتمانًا ضريبيًا قدره 50 دولارًا لكل طن من ثاني أكسيد الكربون تلتقطه وتخزنه تحت الأرض. وفي الأسبوع الماضي ، قدمت مجموعة من الحزبين في الكونجرس مشروع قانون من شأنه أن يوفر 4.9 مليار دولار لمشاريع احتجاز الكربون. يدعم كل من دعاة حماية البيئة وداعمي الوقود الأحفوري التشريع ، وهو تحالف نادر في المشهد السياسي المنقسم اليوم.

المصدر :  EngineeringEnvironment

doi:10.1126/science.abi6883