التقاط الكربون: تنظيف الغلاف الجوي من أجل مستقبل مستدام

يعد تغير المناخ، الناجم عن زيادة تركيزات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي، أحد أكثر التحديات إلحاحًا التي تواجه البشرية. وفي حين أن خفض الانبعاثات أمر بالغ الأهمية، فإن هناك نهجًا حاسمًا آخر يتمثل في الإزالة النشطة لثاني أكسيد الكربون (CO2) الموجود بالفعل في الغلاف الجوي. وهنا يأتي دور تكنولوجيا التقاط الكربون، التي تقدم مسارًا محتملاً "لتنظيف الغلاف الجوي" ومستقبل أكثر استدامة.

ما هو التقاط الكربون؟

يشير التقاط الكربون إلى مجموعة من التقنيات المصممة لالتقاط انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من مصادر مختلفة، ومنعها من الدخول إلى الغلاف الجوي. يمكن أن تشمل هذه المصادر ما يلي:

• المصادر النقطية: المصادر الكبيرة الثابتة للانبعاثات مثل محطات الطاقة، والمنشآت الصناعية (إنتاج الإسمنت والصلب والكيماويات)، ومصافي التكرير.
• الهواء المحيط: تعمل تقنيات الالتقاط المباشر من الهواء (DAC) على استخلاص ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الغلاف الجوي، بغض النظر عن مصدر الانبعاث.

بمجرد التقاطه، يمكن لثاني أكسيد الكربون إما أن يكون:

• مخزّنًا: يتم تخزينه بشكل دائم تحت الأرض في تكوينات جيولوجية، وهو ما يشار إليه غالبًا باسم عزل الكربون.
• مُستخدَمًا: يُستخدم كمورد في عمليات صناعية مختلفة، وهو مفهوم يُعرف باسم التقاط الكربون واستخدامه وتخزينه (CCUS).

طرق التقاط الكربون

تُستخدم عدة طرق لالتقاط الكربون، ولكل منها مزاياها وعيوبها:

1. الالتقاط بعد الاحتراق

هذه هي الطريقة الأكثر تطبيقًا على نطاق واسع، خاصة في محطات الطاقة. وهي تنطوي على التقاط ثاني أكسيد الكربون من غاز المداخن بعد احتراق الوقود. عادةً ما تُستخدم المذيبات الكيميائية لامتصاص ثاني أكسيد الكربون، والذي يتم بعد ذلك فصله وضغطه.

مثال: كان مشروع "باوندري دام" التابع لشركة "ساسك باور" في كندا واحدًا من أوائل مشاريع الالتقاط بعد الاحتراق واسعة النطاق المدمجة مع محطة طاقة تعمل بالفحم. وهو يلتقط ثاني أكسيد الكربون للاستخلاص المعزز للنفط (EOR) والتخزين الجيولوجي.

2. الالتقاط قبل الاحتراق

تتضمن هذه الطريقة تحويل الوقود إلى خليط من الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون قبل الاحتراق. يمكن بعد ذلك فصل ثاني أكسيد الكربون بسهولة أكبر. غالبًا ما يستخدم هذا النهج في محطات الطاقة ذات الدورة المركبة للتغويز المتكامل (IGCC).

مثال: كان مشروع كيمبر في ميسيسيبي (رغم فشله في تصميمه الأولي) يهدف إلى استخدام الالتقاط قبل الاحتراق مع عملية تغويز فحم الليجنيت. وهو يسلط الضوء على كل من إمكانيات وتحديات هذه التكنولوجيا.

3. الاحتراق بالأكسجين

في هذه الطريقة، يتم حرق الوقود في أكسجين نقي تقريبًا بدلاً من الهواء. ينتج عن هذا غاز مداخن يتكون أساسًا من ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، مما يجعل التقاط ثاني أكسيد الكربون أبسط بكثير وأكثر كفاءة.

مثال: تستكشف العديد من المشاريع التجريبية في جميع أنحاء العالم الاحتراق بالأكسجين، بما في ذلك مرافق البحث في أوروبا وأستراليا، مع التركيز على تحسين عملية الاحتراق وخفض التكاليف.

4. الالتقاط المباشر من الهواء (DAC)

تعمل تقنيات الالتقاط المباشر من الهواء (DAC) على إزالة ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء المحيط. هذه تقنية حاسمة لأنها يمكن أن تعالج ثاني أكسيد الكربون من مصادر منتشرة وحتى عكس الانبعاثات التاريخية. هناك نوعان رئيسيان من الالتقاط المباشر من الهواء:

• الالتقاط المباشر من الهواء بالمواد الماصة الصلبة: تستخدم مواد صلبة للارتباط بثاني أكسيد الكربون، والذي يتم إطلاقه بعد ذلك من خلال التسخين أو تغييرات الضغط.
• الالتقاط المباشر من الهواء بالمذيبات السائلة: تستخدم محاليل سائلة لامتصاص ثاني أكسيد الكربون، يليها الفصل والضغط.

أمثلة: تدير شركة "كلايم ووركس" في سويسرا منشأة تجارية لالتقاط الهواء المباشر تلتقط ثاني أكسيد الكربون لاستخدامه في البيوت الزجاجية وكربنة المشروبات. وتقوم شركة "كربون إنجينيرينغ" في كندا بتطوير تقنية الالتقاط المباشر من الهواء مع خطط لنشرها على نطاق واسع للتخزين الجيولوجي أو الاستخدام في الوقود الاصطناعي.

دور التقاط الكربون في التخفيف من آثار تغير المناخ

يلعب التقاط الكربون دورًا حيويًا في التخفيف من آثار تغير المناخ بعدة طرق:

• خفض الانبعاثات: يمنع التقاط ثاني أكسيد الكربون من المصادر النقطية كميات كبيرة من غازات الدفيئة من الدخول إلى الغلاف الجوي.
• معالجة الانبعاثات القديمة: يمكن لتقنية الالتقاط المباشر من الهواء إزالة ثاني أكسيد الكربون الذي تم انبعاثه بالفعل، مما يساعد على عكس آثار الانبعاثات السابقة.
• تمكين الصناعات منخفضة الكربون: يمكن لتقنية احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه (CCUS) أن تمكّن من إنتاج مواد ووقود منخفض الكربون، مما يدعم الانتقال إلى اقتصاد مستدام.
• تحقيق أهداف المناخ: تعتمد العديد من النماذج والسيناريوهات المناخية، بما في ذلك تلك الصادرة عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC)، على التقاط الكربون لتحقيق صافي انبعاثات صفري والحد من الاحتباس الحراري إلى 1.5 درجة مئوية أو 2 درجة مئوية.

التقاط الكربون واستخدامه وتخزينه (CCUS)

تتضمن تقنية CCUS التقاط ثاني أكسيد الكربون ثم إما استخدامه في تطبيقات مختلفة أو تخزينه بشكل دائم تحت الأرض. يقدم هذا النهج فوائد بيئية واقتصادية على حد سواء.

استخدام ثاني أكسيد الكربون

يمكن استخدام ثاني أكسيد الكربون الملتقط في مجموعة متنوعة من العمليات الصناعية، بما في ذلك:

• الاستخلاص المعزز للنفط (EOR): حقن ثاني أكسيد الكربون في خزانات النفط لزيادة إنتاج النفط. في حين أن الاستخلاص المعزز للنفط يمكن أن يدر إيرادات، فمن المهم مراعاة البصمة الكربونية الإجمالية للعملية.
• إنتاج الخرسانة: استخدام ثاني أكسيد الكربون لمعالجة الخرسانة، مما يمكن أن يقوي المادة ويقلل من بصمتها الكربونية.
• إنتاج المواد الكيميائية: استخدام ثاني أكسيد الكربون كمادة أولية لإنتاج المواد الكيميائية والبلاستيك والوقود.
• الوقود الاصطناعي: دمج ثاني أكسيد الكربون الملتقط مع الهيدروجين لإنتاج الوقود الاصطناعي.
• الزراعة: استخدام ثاني أكسيد الكربون لتعزيز نمو النباتات في البيوت الزجاجية.

تخزين ثاني أكسيد الكربون

يتضمن التخزين الجيولوجي حقن ثاني أكسيد الكربون الملتقط في تكوينات عميقة تحت الأرض، مثل:

• خزانات النفط والغاز المستنفدة: يمكن استخدام الخزانات التي أنتجت بالفعل النفط والغاز لتخزين ثاني أكسيد الكربون.
• الطبقات الملحية الجوفية: توفر التكوينات العميقة تحت الأرض المليئة بالمحلول الملحي (الماء المالح) سعة تخزين هائلة.
• طبقات الفحم غير القابلة للتعدين: يمكن حقن ثاني أكسيد الكربون في طبقات الفحم غير القابلة للتعدين، حيث يمتص على سطح الفحم.

يتطلب التخزين الجيولوجي الناجح اختيارًا دقيقًا للموقع ومراقبة وتقييمًا للمخاطر لضمان بقاء ثاني أكسيد الكربون محبوسًا بشكل دائم تحت الأرض.

التحديات والفرص

في حين أن التقاط الكربون يوفر إمكانات كبيرة، فإنه يواجه أيضًا العديد من التحديات:

1. التكلفة

يمكن أن تكون تكلفة تكنولوجيا التقاط الكربون كبيرة، لا سيما لتعديل محطات الطاقة والمنشآت الصناعية القائمة. ومع ذلك، من المتوقع أن تنخفض التكاليف مع تقدم التكنولوجيا وتوسع نطاق النشر. يمكن أن تساعد الحوافز الحكومية وآليات تسعير الكربون في جعل التقاط الكربون مجديًا اقتصاديًا.

2. استهلاك الطاقة

يمكن أن تكون عمليات التقاط الكربون كثيفة الاستهلاك للطاقة، مما قد يقلل من الكفاءة الإجمالية للمنشأة. تركز جهود البحث والتطوير على تقليل عقوبة الطاقة المرتبطة بالتقاط الكربون.

3. البنية التحتية

يتطلب النشر الواسع النطاق لتقنية CCUS تطوير بنية تحتية كبيرة لنقل وتخزين ثاني أكسيد الكربون، بما في ذلك خطوط الأنابيب ومواقع التخزين الجيولوجي. يتطلب بناء هذه البنية التحتية استثمارات وتنسيقًا كبيرين.

4. الرأي العام

يعد القبول العام لالتقاط الكربون وتخزينه أمرًا حاسمًا لتبنيه على نطاق واسع. يجب معالجة المخاوف بشأن سلامة التخزين الجيولوجي وتأثيراته البيئية من خلال التواصل الشفاف والمراقبة الصارمة.

على الرغم من هذه التحديات، يقدم التقاط الكربون أيضًا العديد من الفرص:

• النمو الاقتصادي: يمكن لتقنية CCUS أن تخلق وظائف وصناعات جديدة في مجالات مثل تطوير التكنولوجيا، وبناء وتشغيل مرافق التقاط الكربون.
• إزالة الكربون من الصناعة: يمكن أن يمكّن التقاط الكربون من إزالة الكربون من القطاعات التي يصعب تخفيف انبعاثاتها مثل الإسمنت والصلب والكيماويات.
• الريادة المناخية: يمكن للبلدان والشركات التي تستثمر في تقنيات التقاط الكربون أن تظهر ريادة مناخية وتكتسب ميزة تنافسية في الانتقال إلى اقتصاد منخفض الكربون.
• التعاون العالمي: تتطلب معالجة تغير المناخ تعاونًا دوليًا، ويمكن أن يكون التقاط الكربون مجالًا رئيسيًا للتعاون في البحث والتطوير والنشر.

مستقبل التقاط الكربون

مستقبل التقاط الكربون واعد، مع جهود البحث والتطوير المستمرة التي تركز على:

• تحسين الكفاءة: تطوير تقنيات التقاط أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة.
• خفض التكاليف: خفض تكاليف التقاط الكربون من خلال الابتكار ووفورات الحجم.
• توسيع التطبيقات: استكشاف تطبيقات جديدة لثاني أكسيد الكربون الملتقط، مثل إنتاج المواد والوقود المتقدم.
• توسيع نطاق النشر: نشر تقنيات التقاط الكربون على نطاق واسع لتحقيق تخفيضات كبيرة في الانبعاثات.

ستلعب السياسات الحكومية، مثل تسعير الكربون والحوافز الضريبية واللوائح، دورًا حاسمًا في تسريع نشر التقاط الكربون. سيكون التعاون الدولي وتبادل المعرفة ضروريين أيضًا لتحقيق الإمكانات الكاملة لهذه التكنولوجيا.

تقود العديد من البلدان الطريق في أبحاث ونشر التقاط الكربون:

• النرويج: يقوم مشروع سليبنر في النرويج بتخزين ثاني أكسيد الكربون في طبقة مياه جوفية مالحة منذ عام 1996، مما يثبت الجدوى طويلة الأجل للتخزين الجيولوجي.
• الولايات المتحدة: لدى الولايات المتحدة عدد من مشاريع CCUS واسعة النطاق، بما في ذلك تلك التي تركز على الاستخلاص المعزز للنفط والتخزين الجيولوجي. كما قدمت الحكومة الأمريكية تمويلًا كبيرًا لأبحاث وتطوير التقاط الكربون.
• كندا: لدى كندا العديد من مشاريع التقاط الكربون، بما في ذلك مشروع "باوندري دام" التابع لشركة "ساسك باور" وخط أنابيب الكربون في ألبرتا، وهو نظام خطوط أنابيب واسع النطاق لثاني أكسيد الكربون.
• أستراليا: تستثمر أستراليا في تقنيات التقاط الكربون، لا سيما لصناعة الغاز الطبيعي.
• المملكة المتحدة: تعمل المملكة المتحدة على تطوير مشاريع التقاط الكربون كجزء من جهودها لتحقيق صافي انبعاثات صفري.

الخاتمة

تمثل تكنولوجيا التقاط الكربون أداة حاسمة في مكافحة تغير المناخ. وعلى الرغم من استمرار التحديات، فإن الابتكار المستمر والسياسات الداعمة والتعاون الدولي يمهدون الطريق لنشر أوسع وتأثير أكبر. من خلال التقاط ثاني أكسيد الكربون واستخدامه أو تخزينه بأمان، يمكننا الاقتراب من مستقبل أنظف وأكثر استدامة لكوكبنا.

رؤى قابلة للتنفيذ

فيما يلي بعض الرؤى القابلة للتنفيذ للأفراد والمؤسسات المهتمة بالتقاط الكربون:

• ابق على اطلاع: تابع آخر التطورات في تكنولوجيا وسياسة التقاط الكربون. تقدم منظمات مثل المعهد العالمي لاحتجاز وتخزين الكربون (Global CCS Institute) ووكالة الطاقة الدولية (IEA) معلومات وموارد قيمة.
• ادعم السياسات: دافع عن السياسات التي تدعم التقاط الكربون، مثل تسعير الكربون والحوافز الضريبية واللوائح.
• استثمر في البحث: ادعم جهود البحث والتطوير التي تركز على تحسين كفاءة وخفض تكاليف التقاط الكربون.
• فكر في CCUS: استكشف فرص تطبيق CCUS في مؤسستك أو صناعتك.
• تفاعل مع المجتمعات: تفاعل مع المجتمعات المحلية لمعالجة المخاوف بشأن التقاط الكربون وتخزينه وضمان تطوير المشاريع بطريقة مسؤولة وشفافة.

من خلال العمل معًا، يمكننا تسخير قوة التقاط الكربون لخلق عالم أكثر استدامة وقدرة على التكيف مع المناخ.