https://bodybydarwin.com
Slider Image

إن احتجاز الكربون يمكن أن يحافظ على ارتفاع درجة حرارة الأرض - إليك كيفية عمله

2021

مع مرور 11 عامًا أو نحو ذلك على خفض انبعاثاتنا بشكل كبير وتجنب أسوأ آثار تغير المناخ ، يقترح المسؤولون أهدافًا كبيرة. تهدف كل من كاليفورنيا وهاواي ونيو مكسيكو جميعًا إلى التحول إلى الطاقة الخالية من الكربون بحلول عام 2045. وتريد نيفادا أن تتبعها في عام 2050. على المستوى الفيدرالي ، يستمر الحديث عن "اتفاق جديد أخضر" لتحويل الطاقة الأمريكية بالكامل إلى مصادر متجددة في غضون 10 سنوات فقط في الكونغرس.

الكثير من الإجراءات المقترحة في هذه الخطط مألوفة: زيادة طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، وبناء المزيد من وسائل النقل العام ، واستعادة المناظر الطبيعية الطبيعية لتخزين الكربون في الأشجار والنباتات والتربة. ولكن بعد ذلك ، هناك حديث عن "احتجاز الكربون وتخزينه" ، أو تقنية CCS ، وهي تقنية غير متبلورة وسبر مستقبلية. يعتقد بعض خبراء المناخ أنه من المستحيل بشكل أساسي تحقيق أهداف مثل الحفاظ على درجة حرارة أقل من 1.5 درجة مئوية دون هذه الأداة. ولكن ما هو بالضبط؟

والفكرة الأساسية هي بسيطة. فبدلاً من السماح لمحطات توليد الطاقة أو الأسمنت أو الصناعات الثقيلة الأخرى بنبث انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الثقيلة في الغلاف الجوي ، تقوم CCS بدلاً من ذلك باستخراج هذا الكربون قبل انبعاثه وتخزينه بعيدًا في الأرض. لكن وضع هذه التقنيات في العمل أكثر تعقيدًا.

يفصل احتجاز الكربون قبل الاحتراق الكربون عن الوقود الأحفوري قبل حرقه ، مما يسمح بتوليد طاقة أنظف. مع الغاز الطبيعي ، يفصل التفاعل الكيميائي الكربون عن جزيء الميثان ، مما ينتج عنه غاز الهيدروجين النظيف المحترق. مع الفحم ، يجب عليك أولاً تحويله إلى غاز ، يُطلق عليه syngas ، ثم يمكنك تصفية الكربون.

تحرق النباتات التي تحتوي على CCS بعد الاحتراق الوقود الأحفوري كما تفعل عادة ، ولكن بعد ذلك تضيف خطوة إضافية تستخلص ثاني أكسيد الكربون قبل أن تبتعد في الجو. هناك طرق مختلفة لتنفيذ هذه الخطوة الإضافية. الأكثر شيوعا هو تشغيل غاز العادم من خلال الأمينات المائية - المواد الكيميائية السائلة التي ترتبط بالكربون. في وقت لاحق ، يمكن لمشغلي المصنع تسخين هذه الأمينات لإطلاق ثاني أكسيد الكربون ، الذي يقومون بعد ذلك بضغطه وإخراج الأنابيب منه.

يقول نيال ماك دويل ، من مجموعة كلين فوسيل وبحوث الطاقة الحيوية في إمبيريال كوليدج في لندن ، إن ميزة ميزة ما بعد الاحتراق هي أنها قابلة للتكيف. "يمكننا أن نأخذ جميع المنشآت الموجودة في جميع أنحاء العالم ، ونضيف CCS عليها كما هي." لكن بعد الاحتراق يمكن أن يكون مكلفًا ، لأن الكربون الموجود في غاز العادم يكون مخففًا للغاية لتصفية بها من منتجات الاحتراق الأخرى. يحاول Oxicombustion حل هذه المشكلة. تفصل العملية النيتروجين عن الهواء قبل الاحتراق ، لذلك فهو يحرق الوقود والأكسجين فقط. هذا يركز ثاني أكسيد الكربون الناتج ، مما يجعل من السهل استخراج.

هناك أيضًا العديد من تقنيات التقاط الكربون الناشئة التي يجب أخذها في الاعتبار. واحدة من الأكثر إثارة ، وفقا لسالي بينسون ، المدير المشارك لمعهد بريورت للطاقة في جامعة ستانفورد ، وتسمى دورة علام. تقوم في الأساس بإعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون من الاحتراق إلى سائل عالي الضغط يمكنه تشغيل التوربين ، وتحويل منتج النفايات إلى طاقة. إنه حاليًا قيد الاستخدام في محطة كهرباء مظاهرة صغيرة في تكساس ، والتي من المتوقع أن تتمكن قريبًا من تشغيل 5000 منزل في يوم صيف حار. تقدر الشركة التي تدير المصنع ، NetPower ، أن المصانع ذات النطاق التجاري في المستقبل يمكن أن تبيع الطاقة مقابل 20 دولارًا لكل ميجاوات / ساعة ، مع مراعاة الإعفاءات الضريبية المتاحة حاليًا ؛ الآن ، يدفع الأمريكيون ما معدله 130 دولار لكل ساعة ميغاواط. يقول بينسون: "إنك تعيد تدوير الكثير من ثاني أكسيد الكربون وبعد ذلك تقلع كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون للتخزين. وهذا يؤدي إلى كفاءة عالية للغاية ومحطة لتوليد الطاقة خالية من الانبعاثات تمامًا".

الخطوة الأخيرة هي تخزين غاز الدفيئة بعيدا. بطريقة أو بأخرى ، يحتاج الكربون إلى الضغط وضغطه على الأنابيب للتخزين. أحد خيارات التخزين الواعدة هو الخزانات المالحة العميقة تحت الأرض ، ومناطق الصخور المسامية المشبعة بالمياه المالحة. هذه المواقع يمكن أن تبقي ثاني أكسيد الكربون محاصرين في مسام الصخور. بوضع الكربون من الفحم المستخرج والنفط والغاز الطبيعي مرة أخرى على الأرض ، فإنه يشبه تعدين الوقود الأحفوري في الاتجاه المعاكس.

لكن استخراج الكربون الذي تم إطلاقه بالفعل في الجو هو قصة أخرى. إنه ممكن من الناحية النظرية ، لكن تلك العملية - توجيه التقاط الكربون - ليست قائمة وعاملة في العالم الواقعي. وجدت إحدى الدراسات التي أجريت عام 2018 أن نظام التقاط الهواء المباشر المقترح يمكن أن يزيل ثاني أكسيد الكربون من الهواء ويعيد تدويره ليصبح وقودًا يتراوح بين 94 و 232 دولارًا للطن ، ولكن هذا ربما يكون أكثر تكلفة من مجرد تجنب انبعاث طن من الكربون باستخدام مصادر الطاقة المتجددة. ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي منتشر نسبيًا مقارنة بالأكسجين والنيتروجين ، لذا فإن سحبه مباشرة من الهواء يكون كثيف الاستهلاك للطاقة.

يقول بينسون ، يوجد الآن 18 مشروعًا لتخزين الكربون وتخزينه في جميع أنحاء العالم ، وهي تعمل معًا على تخزين 31.5 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. لكن هذا لا يختلف كثيراً عن 37.1 مليار طن متري من الانبعاثات التي أرسلناها العام الماضي.

تستحوذ المنشآت الصناعية في الولايات المتحدة على 65 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون كل عام. لكن 60 من هذه الأطنان تستخدم "لاستعادة النفط المعززة أي نوع من الهزائم الغرض. ثاني أكسيد الكربون هو مذيب كبير ، مما يسمح للشركات بكشط آخر أجزاء من النفط والغاز من برك تحت الأرض. لذلك ، بينما هو في أقلها إعادة تدويرها ، يتم استخدام معظم ثاني أكسيد الكربون لمواصلة استخراج الوقود الأحفوري.

هذا لا يعني أننا لا نستطيع تغيير الاتجاه وتوسيع نطاق الكمية التي يتم تخزينها بشكل دائم تحت الأرض. يقول Mac Dowell: "إن عناصر التكنولوجيا الأساسية [لالتقاط الكربون] ناضجة للغاية ، لقد تم استخدامها لفترة طويلة". "المشكلة هي أنه ، كما هي الحال ، لا يوجد أي شرط أو تشجيع حقيقي لعزل ثاني أكسيد الكربون".

يعد تثبيت وتخزين وصيانة معدات CCS مكلفًا ، لذا لا يوجد حافز كبير الآن لشركات الوقود الأحفوري لاستخدامها. إنها طريقة أرخص لمجرد الاستمرار في العمل كالمعتاد. يمكن للسياسيين إعطاء صناعة الوقود الأحفوري دفعة في شكل ضرائب أو حوافز أو لوائح. هناك حاجة إما إلى تكلفة على التلوث أو وسيلة لكسب المال من القبض على الشركات لديها أي سبب للقيام CCS. في الواقع ، تتضمن مراجعة الميزانية الفيدرالية العام الماضي اعتمادات ضريبية لتخزين الكربون ، في إجراء يشار إليه بـ 45Q. يقول بينسون إن الشركات التي تقوم بتوصيل ثاني أكسيد الكربون إلى طبقة المياه الجوفية المالحة يمكنها الحصول على ما يصل إلى 50 دولارًا للطن من الكربون الذي تخزنه. "نحن نتوقع أن نرى الكثير من هذه المشاريع الآن بعد أن تم تطبيق هذا الحافز الضريبي."

قد يبدو الاعتماد البطيء على احتجاز الكربون علامة سيئة. توجد الكثير من التقنيات على مدار عقود ، لكنها بالكاد قيد الاستخدام ، والتي يرى بعض الخبراء أنها إشارة إلى أنها ليست وسيلة فعالة من حيث التكلفة لخفض الانبعاثات. في الوقت نفسه ، يجادل المدافعون عن البيئة بأن احتجاز الكربون يضع نطاقًا أساسيًا على التلف البيئي الناجم عن استخراج الوقود الأحفوري — فلماذا لا نتحرك بدلاً من ذلك في اتجاه نظام الطاقة الذي يتجنب أنواع الوقود الأحفوري تمامًا ، نظرًا لوجود أدلة قابلة للتجديد يمكن أن تزيد وتزود الجزء الأكبر منا الطاقة بتكلفة معقولة؟

يقول بينسون: "ستكون أكبر فرصة [لـ CCS] هي المساعدة في التعامل مع صعوبة التخلص من الانبعاثات". تعتمد الأسمنت والأسمدة والصناعات الأخرى اعتمادًا كبيرًا على طاقة الوقود الأحفوري ، ولا توجد طريقة سهلة في الوقت الحالي لتزويد هذه العمليات بالكهرباء. نفس الشيء بالنسبة للشاحنات الثقيلة ، لأن إعادة شحن البطاريات لأجهزة الحفارات الكبيرة سيستغرق الكثير من الوقت. يقول بنسون ، بدلاً من ذلك ، يمكننا تزويد الشاحنات بالهيدروجين المفصول عن الغاز الطبيعي.

يعتقد بعض الخبراء أنه من المستحيل تقريبًا إزالة الكربون من اقتصادنا دون احتجاز الكربون ، مشيرًا إلى نماذج التقييم المتكاملة التي يستخدمها الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ لتقييم السيناريوهات بمزيج مختلف من مصادر الطاقة ومعرفة مدى احتمال بلوغ هدف الانبعاثات. وفقًا لهذه التحليلات ، "تشير الأدلة إلى أن إزالة CCS كخيار يعد مكلفًا بشكل فريد" ، كما يقول Mac Dowell. "هناك احتمالات ، لا يمكننا تحقيق أهداف [الانبعاثات] إذا لم يكن لدينا تكنولوجيا احتجاز ثاني أكسيد الكربون."

لكن يجادل آخرون بأن هذه النماذج تعاقب بشكل غير عادل مصادر الطاقة المتجددة ، معتبرة أنها أكثر تكلفة وأصعب تنفيذها مما هي عليه بالفعل. كما توضح إحدى الدراسات الحديثة التي أجرتها شركة Nature Energy أن نماذج التقييم قد يكون لها تحيزات خاصة بها تمنعها من النظر بشكل صحيح في مزيج الطاقة التي تتباعد جذريًا عن النظام الحالي ، مما يعني ضمنيًا اعتماد CCS ببساطة على أنه امتداد للنظام الحالي بتكاليف إضافية. "

قارنت نفس الدراسة الطاقة اللازمة لتشغيل محطات الطاقة الخاصة بجمع الكربون مقابل مصادر الطاقة المتجددة. لقد وجدت أنه - على مدار عمر المصنع - تحصل على عائد أكبر من الطاقة المستثمرة في مصادر الطاقة المتجددة مقارنةً بمحطات التقاط الكربون. للحصول على نفس كمية الطاقة التي تدخلها ، يمكنك الحصول على طاقة الرياح والطاقة الشمسية أكثر من محطات توليد الطاقة من الوقود الأحفوري باستخدام CCS. وخلصت الدراسة إلى أنه "بالنظر إلى عيوبها الصافية في الطاقة ، فإننا نعتبر تطوير CCS للكهرباء مساهما تكميليا ومساعدا لنظام الطاقة وليس كخيار تكنولوجي حاسم".

ومع ذلك ، فإن كلا من نماذج IPCC ودراسة Nature Energy عبارة عن تقييمات واسعة النطاق. مزيج الطاقة المثالي الذي يحتاجه مكان معين لخفض انبعاثات الكربون بسرعة يمكن أن يختلف بناءً على العديد من العوامل ، بما في ذلك توفر الشمس والرياح للطاقة المتجددة. وبسبب هذا ، قد يكون الطريق الجيد إلى الأمام هو "شامل للطاقة النظيفة" يقول بنسون. الآن ، كما تقول ، تشدد الكثير من السياسات على "مصادر الطاقة المتجددة" في صيغتها ، ولكن التركيز على "الطاقة النظيفة" قد يضيف بعض الأهمية المرونة. "ثم ، عندما تكون مصادر الطاقة المتجددة هي الخيار الأفضل ، يمكنك القيام بذلك ، ولكن عندما يكون CCS منطقيًا ، يمكنك فعل ذلك كما يقول Benson. "[المناطق المختلفة] ستكون جميعها تتنافس على أقل تكلفة وأسرع طريقة لإزالة الكربون".

إذا نمت مخًا في مختبر ، فهل سيكون له ذهنه؟

إذا نمت مخًا في مختبر ، فهل سيكون له ذهنه؟

كيف تتخلل تكنولوجيا Formula One الهجينة من مرسيدس AMG سيارات الطرق

كيف تتخلل تكنولوجيا Formula One الهجينة من مرسيدس AMG سيارات الطرق

الحقيقة حول اتصال الجوز الدماغ

الحقيقة حول اتصال الجوز الدماغ