فناوری، مزایا، چالش‌ها و آینده جذب کربن برای سیاره‌ای پاک‌تر و پایدارتر را کاوش کنید. با روش‌های مختلف و تأثیر جهانی آنها آشنا شوید.
جذب کربن: پاکسازی اتمسفر برای آینده‌ای پایدار
تغییرات اقلیمی، که ناشی از افزایش غلظت گازهای گلخانه‌ای در جو است، یکی از مبرم‌ترین چالش‌هایی است که بشریت با آن روبرو است. در حالی که کاهش انتشار گازها از اهمیت بالایی برخوردار است، رویکرد حیاتی دیگر، حذف فعال دی‌اکسید کربن (CO2) موجود در اتمسفر است. اینجاست که فناوری جذب کربن وارد عمل می‌شود و مسیری بالقوه برای «پاکسازی اتمسفر» و آینده‌ای پایدارتر ارائه می‌دهد.
جذب کربن چیست؟
جذب کربن به مجموعه‌ای از فناوری‌ها اطلاق می‌شود که برای جذب انتشار CO2 از منابع مختلف طراحی شده‌اند تا از ورود آنها به اتمسفر جلوگیری کنند. این منابع می‌توانند شامل موارد زیر باشند:
- منابع نقطه‌ای: منتشرکنندگان بزرگ ثابت مانند نیروگاه‌ها، تأسیسات صنعتی (تولید سیمان، فولاد، مواد شیمیایی) و پالایشگاه‌ها.
- هوای محیط: فناوری‌های جذب مستقیم از هوا (DAC) CO2 را مستقیماً از جو استخراج می‌کنند، صرف نظر از منبع انتشار.
پس از جذب، CO2 می‌تواند به یکی از دو صورت زیر باشد:
- ذخیره شود: به طور دائم در سازندهای زمین‌شناسی زیرزمینی ذخیره شود، که اغلب به آن جداسازی کربن می‌گویند.
- مورد استفاده قرار گیرد: به عنوان منبعی در فرآیندهای صنعتی مختلف استفاده شود، مفهومی که به عنوان جذب، استفاده و ذخیره‌سازی کربن (CCUS) شناخته می‌شود.
روش‌های جذب کربن
روش‌های متعددی برای جذب کربن به کار گرفته می‌شود که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند:
۱. جذب پس از احتراق
این روش، به ویژه برای نیروگاه‌ها، پرکاربردترین روش است. این فرآیند شامل جذب CO2 از گاز دودکش پس از احتراق سوخت است. معمولاً از حلال‌های شیمیایی برای جذب CO2 استفاده می‌شود که سپس جدا و فشرده می‌شود.
مثال: پروژه Boundary Dam شرکت SaskPower در کانادا یکی از اولین پروژه‌های بزرگ جذب پس از احتراق بود که با یک نیروگاه زغال‌سنگی ادغام شد. این پروژه CO2 را برای ازدیاد برداشت نفت (EOR) و ذخیره‌سازی زمین‌شناسی جذب می‌کند.
۲. جذب پیش از احتراق
این روش شامل تبدیل سوخت به مخلوطی از هیدروژن و CO2 قبل از احتراق است. سپس CO2 را می‌توان راحت‌تر جدا کرد. این رویکرد اغلب در نیروگاه‌های سیکل ترکیبی با گازی‌سازی یکپارچه (IGCC) استفاده می‌شود.
مثال: پروژه Kemper در می‌سی‌سی‌پی (اگرچه در طراحی اولیه خود ناموفق بود) با هدف استفاده از جذب پیش از احتراق با فرآیند گازی‌سازی زغال‌سنگ لیگنیت طراحی شده بود. این پروژه هم پتانسیل و هم چالش‌های این فناوری را برجسته می‌کند.
۳. احتراق اکسیژنی
در این روش، سوخت به جای هوا در اکسیژن تقریباً خالص سوزانده می‌شود. این کار گاز دودکشی تولید می‌کند که عمدتاً از CO2 و بخار آب تشکیل شده است، که جذب CO2 را بسیار ساده‌تر و کارآمدتر می‌کند.
مثال: چندین پروژه آزمایشی در سراسر جهان در حال بررسی احتراق اکسیژنی هستند، از جمله تأسیسات تحقیقاتی در اروپا و استرالیا که بر بهینه‌سازی فرآیند احتراق و کاهش هزینه‌ها تمرکز دارند.
۴. جذب مستقیم از هوا (DAC)
فناوری‌های DAC مستقیماً CO2 را از هوای محیط حذف می‌کنند. این یک فناوری حیاتی است زیرا می‌تواند به انتشار CO2 از منابع پراکنده رسیدگی کند و حتی انتشار گازهای گلخانه‌ای تاریخی را معکوس کند. دو نوع اصلی DAC وجود دارد:
- DAC با جاذب جامد: از مواد جامد برای اتصال به CO2 استفاده می‌کند که سپس از طریق حرارت یا تغییرات فشار آزاد می‌شود.
- DAC با حلال مایع: از محلول‌های مایع برای جذب CO2 استفاده می‌کند و پس از آن جداسازی و فشرده‌سازی انجام می‌شود.
مثال‌ها: شرکت Climeworks در سوئیس یک تأسیسات تجاری DAC را اداره می‌کند که CO2 را برای استفاده در گلخانه‌ها و گازدار کردن نوشیدنی‌ها جذب می‌کند. شرکت Carbon Engineering در کانادا در حال توسعه فناوری DAC با برنامه‌هایی برای استقرار در مقیاس بزرگ برای ذخیره‌سازی زمین‌شناسی یا استفاده در سوخت‌های مصنوعی است.
نقش جذب کربن در کاهش تغییرات اقلیمی
جذب کربن از چندین طریق نقش حیاتی در کاهش تغییرات اقلیمی ایفا می‌کند:
- کاهش انتشار: جذب CO2 از منابع نقطه‌ای از ورود مقادیر زیادی از گازهای گلخانه‌ای به اتمسفر جلوگیری می‌کند.
- مقابله با انتشار قدیمی: DAC می‌تواند CO2 را که قبلاً منتشر شده است حذف کند و به معکوس کردن اثرات انتشار گذشته کمک کند.
- ایجاد صنایع کم‌کربن: CCUS می‌تواند تولید مواد و سوخت‌های کم‌کربن را ممکن سازد و از گذار به اقتصاد پایدار حمایت کند.
- دستیابی به اهداف اقلیمی: بسیاری از مدل‌ها و سناریوهای اقلیمی، از جمله مدل‌های هیئت بین‌دولتی تغییر اقلیم (IPCC)، برای دستیابی به انتشار خالص صفر و محدود کردن گرمایش جهانی به ۱.۵ یا ۲ درجه سانتی‌گراد به جذب کربن متکی هستند.
جذب، استفاده و ذخیره‌سازی کربن (CCUS)
CCUS شامل جذب CO2 و سپس استفاده از آن در کاربردهای مختلف یا ذخیره‌سازی دائمی آن در زیر زمین است. این رویکرد هم مزایای زیست‌محیطی و هم اقتصادی دارد.
استفاده از CO2
CO2 جذب‌شده می‌تواند در فرآیندهای صنعتی مختلفی استفاده شود، از جمله:
- ازدیاد برداشت نفت (EOR): تزریق CO2 به مخازن نفت برای افزایش تولید نفت. در حالی که EOR می‌تواند درآمد ایجاد کند، مهم است که ردپای کربن کلی این فرآیند در نظر گرفته شود.
- تولید بتن: استفاده از CO2 برای عمل‌آوری بتن، که می‌تواند مواد را تقویت کرده و ردپای کربن آن را کاهش دهد.
- تولید مواد شیمیایی: استفاده از CO2 به عنوان ماده اولیه برای تولید مواد شیمیایی، پلاستیک‌ها و سوخت‌ها.
- سوخت‌های مصنوعی: ترکیب CO2 جذب‌شده با هیدروژن برای تولید سوخت‌های مصنوعی.
- کشاورزی: استفاده از CO2 برای افزایش رشد گیاهان در گلخانه‌ها.
ذخیره‌سازی CO2
ذخیره‌سازی زمین‌شناسی شامل تزریق CO2 جذب‌شده به سازندهای عمیق زیرزمینی است، مانند:
- مخازن تخلیه‌شده نفت و گاز: مخازنی که قبلاً نفت و گاز تولید کرده‌اند می‌توانند برای ذخیره‌سازی CO2 استفاده شوند.
- آبخوان‌های شور: سازندهای عمیق زیرزمینی پر از آب نمک (آب شور) ظرفیت ذخیره‌سازی وسیعی را ارائه می‌دهند.
- رگه‌های زغال‌سنگ غیرقابل استخراج: CO2 را می‌توان به رگه‌های زغال‌سنگ غیرقابل استخراج تزریق کرد، جایی که روی سطح زغال‌سنگ جذب می‌شود.
ذخیره‌سازی موفق زمین‌شناسی نیازمند انتخاب دقیق محل، نظارت و ارزیابی ریسک است تا اطمینان حاصل شود که CO2 به طور دائم در زیر زمین محبوس باقی می‌ماند.
چالش‌ها و فرصت‌ها
در حالی که جذب کربن پتانسیل قابل توجهی دارد، با چندین چالش نیز روبرو است:
۱. هزینه
هزینه فناوری جذب کربن می‌تواند قابل توجه باشد، به ویژه برای مقاوم‌سازی نیروگاه‌ها و تأسیسات صنعتی موجود. با این حال، انتظار می‌رود با پیشرفت فناوری و افزایش مقیاس استقرار، هزینه‌ها کاهش یابد. مشوق‌های دولتی و مکانیسم‌های قیمت‌گذاری کربن می‌توانند به اقتصادی کردن جذب کربن کمک کنند.
۲. مصرف انرژی
فرآیندهای جذب کربن می‌توانند انرژی‌بر باشند و به طور بالقوه بازده کلی تأسیسات را کاهش دهند. تلاش‌های تحقیق و توسعه بر کاهش جریمه انرژی مرتبط با جذب کربن متمرکز شده است.
۳. زیرساخت
استقرار گسترده CCUS نیازمند توسعه زیرساخت‌های قابل توجهی برای حمل و نقل و ذخیره‌سازی CO2، از جمله خطوط لوله و سایت‌های ذخیره‌سازی زمین‌شناسی است. ساخت این زیرساخت‌ها به سرمایه‌گذاری و هماهنگی قابل توجهی نیاز دارد.
۴. دیدگاه عمومی
پذیرش عمومی جذب و ذخیره‌سازی کربن برای پذیرش گسترده آن حیاتی است. نگرانی‌ها در مورد ایمنی و اثرات زیست‌محیطی ذخیره‌سازی زمین‌شناسی باید از طریق ارتباطات شفاف و نظارت دقیق برطرف شود.
با وجود این چالش‌ها، جذب کربن فرصت‌های بی‌شماری را نیز ارائه می‌دهد:
- رشد اقتصادی: CCUS می‌تواند مشاغل و صنایع جدیدی در زمینه‌هایی مانند توسعه فناوری، ساخت و ساز و بهره‌برداری از تأسیسات جذب کربن ایجاد کند.
- کربن‌زدایی صنعتی: جذب کربن می‌تواند کربن‌زدایی بخش‌هایی را که کاهش انتشار در آنها دشوار است، مانند سیمان، فولاد و مواد شیمیایی، ممکن سازد.
- رهبری اقلیمی: کشورها و شرکت‌هایی که در فناوری‌های جذب کربن سرمایه‌گذاری می‌کنند، می‌توانند رهبری اقلیمی خود را نشان دهند و در گذار به اقتصاد کم‌کربن مزیت رقابتی کسب کنند.
- همکاری جهانی: مقابله با تغییرات اقلیمی نیازمند همکاری بین‌المللی است و جذب کربن می‌تواند یک حوزه کلیدی برای همکاری در تحقیق، توسعه و استقرار باشد.
آینده جذب کربن
آینده جذب کربن امیدوارکننده است و تلاش‌های تحقیق و توسعه در حال انجام بر موارد زیر متمرکز است:
- بهبود کارایی: توسعه فناوری‌های جذب کارآمدتر و مقرون به صرفه‌تر.
- کاهش هزینه‌ها: کاهش هزینه‌های جذب کربن از طریق نوآوری و صرفه‌جویی در مقیاس.
- گسترش کاربردها: کاوش در کاربردهای جدید برای CO2 جذب‌شده، مانند تولید مواد و سوخت‌های پیشرفته.
- افزایش مقیاس استقرار: استقرار فناوری‌های جذب کربن در مقیاس بزرگ برای دستیابی به کاهش قابل توجه انتشار.
سیاست‌های دولتی، مانند قیمت‌گذاری کربن، مشوق‌های مالیاتی و مقررات، نقش مهمی در تسریع استقرار جذب کربن ایفا خواهند کرد. همکاری بین‌المللی و به اشتراک‌گذاری دانش نیز برای تحقق پتانسیل کامل این فناوری ضروری خواهد بود.
چندین کشور در زمینه تحقیق و استقرار جذب کربن پیشرو هستند:
- نروژ: پروژه Sleipner در نروژ از سال ۱۹۹۶ در حال ذخیره‌سازی CO2 در یک آبخوان شور بوده است که دوام طولانی‌مدت ذخیره‌سازی زمین‌شناسی را نشان می‌دهد.
- ایالات متحده: ایالات متحده دارای تعدادی پروژه CCUS در مقیاس بزرگ است، از جمله پروژه‌های متمرکز بر ازدیاد برداشت نفت و ذخیره‌سازی زمین‌شناسی. دولت ایالات متحده همچنین بودجه قابل توجهی برای تحقیق و توسعه جذب کربن فراهم کرده است.
- کانادا: کانادا چندین پروژه جذب کربن دارد، از جمله Boundary Dam شرکت SaskPower و خط اصلی کربن آلبرتا، یک سیستم خط لوله CO2 در مقیاس بزرگ.
- استرالیا: استرالیا در حال سرمایه‌گذاری در فناوری‌های جذب کربن، به ویژه برای صنعت گاز طبیعی است.
- بریتانیا: بریتانیا در حال توسعه پروژه‌های جذب کربن به عنوان بخشی از تلاش‌های خود برای دستیابی به انتشار خالص صفر است.
نتیجه‌گیری
فناوری جذب کربن ابزاری حیاتی در مبارزه با تغییرات اقلیمی است. در حالی که چالش‌ها همچنان باقی است، نوآوری مستمر، سیاست‌های حمایتی و همکاری بین‌المللی راه را برای استقرار گسترده‌تر و تأثیر بیشتر هموار می‌کنند. با جذب و استفاده یا ذخیره‌سازی ایمن CO2، می‌توانیم به آینده‌ای پاک‌تر و پایدارتر برای سیاره خود نزدیک‌تر شویم.
اقدامات عملی
در اینجا چند اقدام عملی برای افراد و سازمان‌های علاقه‌مند به جذب کربن آورده شده است:
- آگاه بمانید: آخرین تحولات در فناوری و سیاست جذب کربن را دنبال کنید. سازمان‌هایی مانند موسسه جهانی CCS و آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) اطلاعات و منابع ارزشمندی را ارائه می‌دهند.
- از سیاست‌ها حمایت کنید: از سیاست‌هایی که از جذب کربن حمایت می‌کنند، مانند قیمت‌گذاری کربن، مشوق‌های مالیاتی و مقررات، حمایت کنید.
- در تحقیقات سرمایه‌گذاری کنید: از تلاش‌های تحقیق و توسعه متمرکز بر بهبود کارایی و کاهش هزینه‌های جذب کربن حمایت کنید.
- CCUS را در نظر بگیرید: فرصت‌های پیاده‌سازی CCUS در سازمان یا صنعت خود را بررسی کنید.
- با جوامع تعامل کنید: با جوامع محلی برای رسیدگی به نگرانی‌ها در مورد جذب و ذخیره‌سازی کربن تعامل کنید و اطمینان حاصل کنید که پروژه‌ها به شیوه‌ای مسئولانه و شفاف توسعه می‌یابند.
با همکاری یکدیگر، می‌توانیم از قدرت جذب کربن برای ایجاد جهانی پایدارتر و مقاوم در برابر تغییرات اقلیمی استفاده کنیم.