لنستخرج كنوزا من المعرفة و الإبداع و العلم و الأفكار
السياسات الجديدة و المواد التي تمتص غاز ثاني أكسيد الكربون قد تُخفِّض الانبعاثات من محطات الوقود الأحفوري
طواحين الهواء Windmills و الألواح الشمسية Solar panels تنتشر بسرعة، لكن ليس بالسرعة الكافية لدرء أسوأ ما في تغير المناخ Climate change. و يقول خبراء المناخ في الأمم المتحدة إن ذلك سيتطلب أيضًا احتجاز غاز ثاني أكسيد الكربون Carbon dioxide (CO2) من عشرات الآلاف من محطات توليد الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري و مداخن المصانع التي من المرجح أن تستمر بنفثه لسنوات قادمة. و الطريقة الأكثر شيوعًا اليوم لاحتجاز الغاز CO2 مكلفة جدا للاستخدام على نطاق واسع. و لكن الباحثين يطورون حاليا جيلًا جديدًا من مصايد الغاز CO2 الكيميائية، بما في ذلك واحد عرض في مارس 2021 بخفض في التكلفة يصل إلى 20%. و عندما تضاف الإعفاءات الضريبية الحالية في الولايات المتحدة إلى هذا، تقترب تقنيات احتجاز الكربون من حدود الجدوى التجارية، كما تقول جوان برينيك Joan Brennecke، خبيرة احتجاز الكربون من جامعة تكساس University of Texas في أوستن.
و التكنولوجيا الحالية تستخدم مواد كيميائية ممتصة للغاز CO2 مذابة في الماء تسمى الأمينات Amines. و تكمن المشكلة في أنه بمجرد أن تمتص الأمينات الغاز CO2، يجب فصل غاز الاحتباس الحراري Greenhouse gas هذا و تخزينه حتى يمكن إعادة استخدام الأمينات. و يتطلب تحرير الغاز CO2 غلي الماء و إعادة تكثيف بخار الماء لاحقًا، الأمر الذي يتطلب كمية هائلة من الطاقة مما يزيد من التكلفة. و قد وصف التقريرُ الأخيرُ استخدامَ مواد احتجاز جديدة “خالية من الماء” Water- lean. و تقول برينيك: “هذه دراسة جميلة جدًا و متكاملة الجوانب”.
على مدى عقود عمل الباحثون على إيجاد طرق لاحتجاز الكربون من الانبعاثات الصناعية و استخدامه إما لتصنيع مواد كيميائية أخرى أو تخزينه في باطن الأرض. وفي عام 2020 احتجزت الشركات نحو 40 مليون طن من انبعاثات الغاز CO2، و الـ 30 منشأة الإضافية المخطط لإنشائها عبر العالم لاحتجاز الكربون في جميع أنحاء العالم هذا الرقم إلى 140 مليون طن – و هو رقم لا يزال ضئيلًا مقارنة بالانبعاثات العالمية السنوية الحالية التي تبلغ نحو 35 بليون طن. و لزيادة جهود احتجاز الكربون بأضعاف مضاعفة، تتوقع وزارة الطاقة الأمريكية U.S. Department of Energy أنه بحلول عام 2035، يجب أن تنخفض التكلفة من نحو 58 دولارًا للطن مع أحدث الأمينات المائية إلى 30 دولارًا للطن.
و عادة، يُرش الماء الذي يحتوي على الأمينات في الجزء العلوي من برج العادم Exhaust tower. و عندما تتساقط القطرات عبر الغاز، فإنها تمتص الغاز CO2. و في الجزء السفلي من البرج، يُضخ السائل الغني بالغاز CO2 في خزان منفصل و يسخن إلى درجة الغليان. و بعد ذلك، يؤدي الضغط المطبق إلى تكثيف بخار الماء، تاركًا تيارًا نقيًا من الغاز CO2 جاهز للاحتجاز و التخزين. و يُضاف الماء المكثف مرة أخرى إلى الأمينات و ينتقل عبر الأنابيب إلى البرج مجددا لدورة أخرى من عمليات احتجاز الغاز CO2
و في عام 2009 سعى ديفيد هيلدبرانت David Heldebrant، الاختصاصي بعلم الكيمياء من مختبر شمال غرب المحيط الهادي الوطني Pacific Northwest National Laboratory (اختصارا: المختبر PNNL)، إلى اتباع طريقة جديدة: “كان الهدف هو التخلص من الماء”، حسب قوله. على مدى العقد التالي، أنشأ هو و فريقه مجموعة من المذيبات العضوية السائلة Liquid organic solvents، و استقروا في نهاية المطاف على مذيب يحتوي على مجموعات الأمينات التي تاحتجاز الغاز CO2 دون الحاجة إلى الماء أو عوامل احتجاز مذابة. و يمكن للمذيبات العضوية تحرير الغاز عند تسخينها، و لكن على عكس الماء، لا حاجة إلى غليها و إعادة تكثيفها، مما قد يوفر الطاقة.
و لم تكن هذه المذيبات نجاحًا فوريًا. إذ لاحظ فريق هيلدبرانت ترسَّب مواد صلبةً غنية بالكربون عندما يحتجز المذيبُ الغازَ CO2 ، مما يجعل السائل لزجًا ويصعب ضخه. و قد كشف تعاون مع فريق بقيادة روبرت بيري Robert Perry، الاختصاصي بعلم الكيمياء من مركز جنرال إلكتريك للأبحاث العالمية GE Global Research، أنه عندما ترتبط الأمينات بالغاز CO2، فإن ذرات الهيدروجين في جزيئات المذيبات تنجذب إلى الجزيئات المجاورة، فتترتبط ببعضها البعض. لذلك، عدّل الباحثون هيكل المذيب، و أنتجوا جزيئا يسمى المذيب 2-EEMPA. و عندما يرتبط الغاز CO2 بالمذيب الجديد، تزداد فرص تشكل روابط الهيدروجين داخل الجزيئات 2-EEMPA الفردية، بدلاً من تشكلها مع الجزيئات المجاورة، و ذلك حسبما ذكروا في ورقة نُشرت في نوفمبر 2020 في مجلة إنرجي آند إنفايرومينتال ساينس Energy & Environmental Science.
و حاليا، في عدد مارس من المجلة الدولية للتحكم في غازات الاحتباس الحراري International Journal of Greenhouse Gas Control، نشر فريق المختبر PNNL، جنبًا إلى جنب مع باحثين في معهد أبحاث الطاقة الكهربائية Electric Power Research Institute و عملاق الهندسة فلور Fluor، تحليلاً مفصلاً يوضح أنه عند استخدام الجزئيات 2-EEMPA في محطة طاقة تعمل بالفحم على نطاق كامل؛ ستتطلب طاقة أقل بنسبة 17% من أنظمة احتجاز الكربون الحديثة. و سيؤدي ذلك إلى خفض تكلفة احتجازه إلى 47 دولارًا للطن، و ذلك دون احتساب تكلفة نقله و ضخه تحت الأرض. “إنه مذيب واعد جدًا”، كما يقول مارتي ليل Marty Lail، الاختصاصي بعلم كيمياء احتجاز الكربون من شركة آر تي آي إنترناشيونال RTI International. و في عام 2021 يخطط فريق المختبر PNNL تجربة المذيب 2-EEMPA في محطة اختبارلاحتجاز الكربون تزوَّد بطاقة 0.5 ميغاوات من حرق الفحم في ألاباما.
و قد حقق باحثون آخرون تقدمًا في استخدام مذيباتهم. ففي عام 2014 طورت برينيك و زملاؤها مادة أيونية قائمة على سائل ماصٍّ للغاز CO2 و التي من المتوقع أن تحتجز الكربون بتكلفة المذيب 2-EEMPA نفسه. و قد ابتكر ليل وزملاؤه مذيبًا خاليًا من الماء منخفض التكلفة، و سيبدؤون اختباره في محطة طاقة في النرويج في أوائل 2022. و يقول إن مذيبات الاحتجاز العضوية “لها مستقبل حقيقي”.
كما قد يحصلون على دعم من واضعي السياسات. إذ تقدم الولايات المتحدة بالفعل للشركات ائتمانًا ضريبيًا قدره 50 دولارًا لكل طن من الغاز CO2 تلتقطه و تخزنه تحت الأرض. و في الأسبوع الثالث من مارس 2020 قدمت مجموعة من الحزبين في الكونغرس مشروع قانون يوفر 4.9 بليون دولار لمشاريع احتجاز الكربون. و يدعم كل من دعاة حماية البيئة و داعمي الوقود الأحفوري التشريع، و هو تحالف نادر في المشهد السياسي المنقسم في الوقت الحالي.
تنقية غير مكلفة
المذيبات العضوية تعد باحتجاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) المنبعثة من محطات توليد الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري بسعر أرخص من أنظمة الاحتجاز القائمة على الماء حاليا. و يجب تنقية جميع عوامل احتجاز الغاز CO2 حتى يمكن إعادة استخدامها، و لكن على عكس العوامل القائمة على الماء، لا تحتاج المذيبات العضوية إلى غليها لتحرير CO2.
©2021, American Association for the Advancement of Science. All rights reserved
