جهاز تنقية CO₂ و إزالة ثاني أكسيد الكربون

مهما كانت المواقف بشأن الاحترار العالمي وتغير المناخ، يتفق الجميع على أن صحة البشرية والعالم الطبيعي تتحسن بتقليل ثاني أكسيد الكربون (CO₂) في الغلاف الجوي. يعكس السعي نحو الوقود المتجدد ومصادر الطاقة هذه الحقيقة؛ حيث تستمر الأبحاث والتطوير مع ظهور العديد من البدائل للوقود الأحفوري التي تثبت فعاليتها. في الوقت نفسه، تحقق التكنولوجيا خطوات كبيرة لجعل حرق النفط والفحم والغاز الطبيعي أقل ضررًا على البيئة. وقد ابتكر العلماء طرقًا لفصل واحتجاز CO₂ — أو جزء كبير منه — قبل إطلاقه في الجو.

ما الذي يجعل الهواء نظيفًا؟

يتكون الهواء في الغالب من غاز أو، بشكل أدق، من عدد من الغازات. تتكون النسبة الأكبر مما نتنفسه من النيتروجين — 78 بالمائة مذهلة. بعد ذلك، يشكل الأكسجين 21 بالمائة من الهواء. تتكون النسبة المتبقية وهي واحد بالمائة من مجموعة متفرقة من العناصر والمركبات الغازية الأخرى، بما في ذلك CO₂ والهيدروجين والنيون. بالإضافة إلى الغازات، توجد جزيئات دقيقة — تُعرف بالهباء الجوي — تنتشر في الغلاف الجوي. يمكن أن تنبعث هذه من الطبيعة، مثل حبوب اللقاح، أو من إبداعات الإنسان، مثل عوادم السيارات.

لماذا يعتبر CO₂ خطيرًا جدًا؟

قد يبدو أن الوجود المتواضع لـ CO₂ (0.04 بالمائة) لا يشكل خطرًا يذكر على أي شيء. ومع ذلك، يمكن للأرقام أن تكون خادعة. في حالة ثاني أكسيد الكربون، فإن القوة الكامنة لهذا المركب الغازي في حبس حرارة الأرض ومنعها من الارتفاع إلى الفضاء تجعله مادة خطرة بشكل خاص حتى في وجوده المحدود. من المؤكد أن CO₂ مكون جوي مهم لعملية التمثيل الضوئي للنباتات. علاوة على ذلك، فإن الاحتفاظ بالحرارة بكمية مثلى يمنع الشتاء من أن يكون قاتلاً على مستوى العالم. ومع ذلك، كلما زادت تركيز CO₂، زادت قدرته على منع الحرارة من الارتفاع فوق الغلاف الجوي. وهذا يفسر لماذا إزالة ثاني أكسيد الكربون ضرورية للحفاظ على التوازن البيئي. التحدي الفوري للبشرية هو منع تراكم هذا المركب في طبقة التروبوسفير.

كيف تخفف منشآت الإنتاج من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون؟

يعرف الكثيرون مخاطر زيادة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك، يشعرون بالإحباط من وتيرة البحث والتطوير في مجال الطاقة البديلة، خاصة عندما يتعلق الأمر بفعالية التكلفة. في الوقت الحالي، توفر الوقود الأحفوري أقوى عائد مقابل المال. في هذه الأثناء، نتطلع إلى التكنولوجيا التي تعترض هذا الغاز قبل أن يلامس الهواء الذي نتنفسه. مع ظهور أجهزة تنقية ثاني أكسيد الكربون (CO₂ scrubbers)، يتم احتجاز جزء كبير من ذلك "الغاز الدفيء" قبل أن يهرب من حدود محطة الطاقة. تعمل أجهزة تنقية ثاني أكسيد الكربون (CO₂ scrubbers) كنظام لإزالة ثاني أكسيد الكربون داخل منشأة للطاقة أو في بيئات صناعية أخرى. في عملية تُعرف باحتجاز الكربون بعد الاحتراق، يتم جمع العناصر الغازية المنبعثة وتبريدها. يُستخدم مذيب — إما الأمونيا المائية أو المونوإيثانولامين (MEA) — على الخليط الغازي، ليمتص ثاني أكسيد الكربون ويشكل مركبًا جديدًا. وبذلك، فإنه يخلق مادة صلبة تنفصل عن الغازات الأخرى التي يتم إطلاقها بعد ذلك. تُعاد تسخين المادة الصلبة، لإطلاق ثاني أكسيد الكربون للتخزين. غالبًا ما يتم إعادة تدوير المذيبات لاستخدامها لاحقًا. يُقدر أن 80 إلى 90 بالمائة من ثاني أكسيد الكربون يتم احتجازه بواسطة جهاز تنقية ثاني أكسيد الكربون الصناعي.

طرق أخرى للتخفيف من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي

ليس من الضروري أن يستخدم جهاز تنقية ثاني أكسيد الكربون المذيبات. تنطوي عملية إزالة ثاني أكسيد الكربون بامتزاز تأرجح الضغط (PSA) على استخدام الضغط العالي والأسطح الصلبة. تحت ضغط غرفة شديد، تنجذب الغازات المختلفة إلى أسطح مميزة، مما يؤثر على إزالة ثاني أكسيد الكربون. تتضمن طريقة أخرى لجهاز تنقية ثاني أكسيد الكربون استخدام غشاء مُعالَج خصيصًا لإزالة ثاني أكسيد الكربون يقوم بتصفية ثاني أكسيد الكربون مع السماح للمكونات الأخرى بالمرور. ومن المثير للاهتمام أن الأبحاث جارية بخصوص آلة لإزالة ثاني أكسيد الكربون يمكن أن تعمل كجهاز تنقية هواء ثاني أكسيد الكربون (CO₂ air scrubber)، أي إزالة الغاز من الغلاف الجوي المفتوح. يوجد الآن نموذج أولي لمحطات تنقية ثاني أكسيد الكربون (CO₂ scrubbing plants) يمكنها العمل على الغاز المنبعث من مصادر أصغر، مثل السيارات والمنازل والمزارع. جهاز تنقية ثاني أكسيد الكربون (CO₂ scrubber) للغاز الحيوي — من المواد العضوية — هو قيد التشغيل بالفعل.