یک "درخت مکانیکی" در حذف دی اکسید کربن از هوا حدود 1,000 برابر سریعتر از یک درخت طبیعی است. اولین مورد شروع فعالیت در آریزونا در سال 2022 است. تصویر از طریق دانشگاه ایالتی آریزونا

دو قرن سوزاندن سوخت‌های فسیلی بیش از آنچه طبیعت قادر به حذف آن است، دی اکسید کربن، یک گاز گلخانه‌ای قدرتمند، وارد جو کرده است. همانطور که CO2 ایجاد می شود، آن را گرمای اضافی را به دام می اندازد نزدیک به سطح زمین، باعث گرم شدن کره زمین می شود. در حال حاضر CO2 زیادی در جو وجود دارد که اکثر سناریوها نشان می دهند پایان دادن به انتشار گازهای گلخانه ای به تنهایی کافی نخواهد بود برای تثبیت آب و هوا - بشریت همچنین باید CO2 را از هوا حذف کند.

وزارت انرژی ایالات متحده جدید است هدف برای افزایش مقیاس گرفتن هوا مستقیم، فناوری که از واکنش های شیمیایی استفاده می کند جذب CO2 از هوا. در حالی که بودجه فدرال برای جذب کربن اغلب مورد انتقاد قرار می گیرد زیرا برخی افراد آن را بهانه ای برای ادامه استفاده از سوخت فسیلی می دانند، حذف کربن به نوعی احتمالاً انجام خواهد شد. هنوز لازم استگزارش های IPCC نشان می دهد. فناوری حذف کربن به صورت مکانیکی در حال توسعه و عملیات است یک مقیاس بسیار کوچک، تا حدی به این دلیل که روش های فعلی بسیار گران و انرژی بر هستند. ولی تکنیک های جدید امسال در حال آزمایش هستند که می تواند به کاهش تقاضا و هزینه انرژی کمک کند.

از استاد دانشگاه ایالتی آریزونا پرسیدیم کلاوس لاکنر، یک پیشگام در جذب مستقیم هوا و ذخیره کربن، در مورد وضعیت فناوری و اینکه به کجا می رود.

حذف مستقیم کربن چیست و چرا لازم است؟

هنگامی که در اوایل دهه 1990 به مدیریت کربن علاقه مند شدم، آنچه مرا به سمت خود سوق داد مشاهده انباشته شدن کربن در محیط بود. طبیعت را می گیرد هزاران سال برای حذف آن CO2، و ما در یک مسیر به سمت CO2 بسیار بالاتر غلظت، بسیار فراتر از هر چیزی که انسان تجربه کرده است.

بشریت نمی تواند تحمل کند که مقادیر فزاینده ای از کربن اضافی در محیط شناور باشد، بنابراین ما باید آن را از آن خارج کنیم.

همه انتشارات از منابع بزرگ، مانند نیروگاه ها یا کارخانه ها، جایی که ما می توانیم CO2 را هنگام خروج جذب کنیم. بنابراین ما باید با نیمی دیگر از انتشار گازهای گلخانه ای مقابله کنیم - از ماشین ها، هواپیماها، گرفتن دوش آب گرم در حالی که کوره گاز شما CO2 را خارج می کند. این به معنای بیرون کشیدن CO2 از هوا است.

از آنجایی که CO2 به سرعت در هوا مخلوط می شود، مهم نیست در کجای جهان CO2 حذف می شود - حذف همان تاثیر را دارد. بنابراین می‌توانیم فناوری جذب مستقیم هوا را دقیقاً در جایی که قصد استفاده یا ذخیره CO2 را داریم قرار دهیم.

روش ذخیره سازی نیز مهم است. ذخیره CO2 فقط برای 60 سال یا 100 سال به اندازه کافی خوب نیست. اگر 100 سال بعد همه کربن به محیط زیست بازگردد، تنها کاری که کردیم این بود که از خود مراقبت کنیم و نوه‌های ما باید دوباره آن را کشف کنند. در این میان، مصرف انرژی در جهان تقریباً در حال افزایش است 2٪ در سال.

یکی از شکایاتی که در مورد جذب مستقیم هوا وجود دارد، علاوه بر هزینه، انرژی بر بودن آن است. آیا می توان مصرف انرژی را کاهش داد؟

دو کاربرد بزرگ انرژی در جذب مستقیم هوا عبارتند از: فن های روشن برای جذب هوا و سپس گرم کردن برای استخراج CO2. راه هایی برای کاهش تقاضای انرژی برای هر دو وجود دارد.

به عنوان مثال، ما به طور تصادفی به ماده ای برخوردیم که وقتی خشک است CO2 را جذب می کند و وقتی خیس می شود آن را آزاد می کند. ما متوجه شدیم که می‌توانیم آن ماده را در معرض باد قرار دهیم و با CO2 بارگیری کنیم. سپس می‌توانیم آن را خیس کنیم و خیس شود CO2 را آزاد می کند به گونه ای که به انرژی بسیار کمتری نسبت به سایر سیستم ها نیاز دارد. افزودن گرمای ایجاد شده از انرژی های تجدیدپذیر فشار CO2 را حتی بیشتر می کند، بنابراین یک گاز CO2 مخلوط با بخار آب داریم که می توانیم CO2 خالص را از آن جمع آوری کنیم.

اگر عکسبرداری غیرفعال باشد، می‌توانیم حتی انرژی بیشتری ذخیره کنیم - نیازی نیست که هوادارانی در اطراف وجود داشته باشند. هوا به خودی خود حرکت می کند

آزمایشگاه من در حال ایجاد روشی برای انجام این کار است، به نام درختان مکانیکی. آنها ستون‌های عمودی بلندی از دیسک‌ها هستند که با یک رزین شیمیایی پوشانده شده‌اند، به قطر حدود 5 فوت، با دیسک‌هایی که حدود 2 اینچ از هم فاصله دارند، مانند پشته‌ای از رکوردها. با عبور هوا، سطوح دیسک ها CO2 را جذب می کنند. بعد از 20 دقیقه یا بیشتر، دیسک ها پر شده و در بشکه ای زیر فرو می روند. ما آب و بخار را وارد می کنیم تا CO2 را در یک محیط بسته آزاد کنیم و اکنون مخلوط کم فشاری از بخار آب و CO2 داریم. ما می توانیم بیشتر گرمایی را که برای گرم کردن جعبه صرف شده است، بازیابی کنیم، بنابراین مقدار انرژی مورد نیاز برای گرم کردن بسیار کم است.

با استفاده از رطوبت می توان از حدود نیمی از مصرف انرژی جلوگیری کرد و برای بقیه از انرژی های تجدید پذیر استفاده کرد. این به آب و هوای خشک نیاز دارد، بنابراین در همه جا ایده آل نخواهد بود، اما روش های دیگری نیز وجود دارد.

آیا دی‌اکسید کربن را می‌توان در طولانی‌مدت به‌طور ایمن ذخیره کرد، و آیا این نوع ذخیره‌سازی کافی وجود دارد؟

من کار بر روی مفهوم جداسازی مواد معدنی را در دهه 1990 شروع کردم و رهبری گروهی را در لوس آلاموس بر عهده گرفتم. جهان در واقع می تواند CO2 را برای همیشه با استفاده از این واقعیت که اسید است و برخی سنگ ها باز هستند، دفع کند. هنگامی که CO2 با مواد معدنی غنی از کلسیم واکنش می دهد، کربنات جامد را تشکیل می دهد. توسط کانی سازی CO2 اینجوری ما می تواند ذخیره کند مقدار تقریباً نامحدود کربن به طور دائم.

به عنوان مثال، سنگ های آتشفشانی بازالت زیادی در آن وجود دارد ایسلند که با CO2 واکنش نشان می دهد و ظرف چند ماه آن را به کربنات جامد تبدیل می کند. ایسلند می تواند گواهی های ترسیب کربن را به بقیه جهان بفروشد زیرا CO2 را برای بقیه جهان دفع می کند.

همچنین مخازن عظیم زیرزمینی حاصل از تولید نفت در حوضه پرمین در تگزاس وجود دارد. سفره های آب شور بزرگی وجود دارد. در دریای شمال، یک کیلومتر زیر کف اقیانوس، شرکت انرژی Equinor CO2 را از یک کارخانه فرآوری گاز گرفته و ذخیره می کند. یک میلیون تن CO2 در سال از سال 1996، اجتناب از نروژ مالیات بر انتشار CO2. مقدار ذخایر زیرزمینی که می‌توانیم جداسازی مواد معدنی را انجام دهیم، بسیار بیشتر از آن چیزی است که برای CO2 نیاز داریم. سوال این است که چقدر می توان به ذخیره اثبات شده تبدیل کرد

همچنین می توانیم از جذب مستقیم هوا استفاده کنیم برای بستن حلقه کربن - به این معنی که CO2 مجددا استفاده می شود، جذب می شود و دوباره استفاده می شود تا از تولید بیشتر جلوگیری شود. در حال حاضر، مردم از کربن حاصل از سوخت های فسیلی برای استخراج انرژی استفاده می کنند. شما می توانید CO2 را به سوخت های مصنوعی – بنزین، گازوئیل یا نفت سفید – که هیچ کربنی در آنها وجود ندارد با مخلوط کردن CO2 با آن تبدیل کنید. هیدروژن سبز با انرژی های تجدید پذیر ایجاد شده است. این سوخت می‌تواند به راحتی از طریق خطوط لوله موجود حمل شود و سال‌ها ذخیره شود، بنابراین می‌توانید در یک شب زمستانی با استفاده از انرژی که تابستان گذشته به عنوان آفتاب در غرب تگزاس جمع‌آوری شده بود، گرما و برق در بوستون تولید کنید. یک مخزن پر از "سوزن سوخت" هزینه زیادی ندارد و از یک باتری مقرون به صرفه تر است.

وزارت انرژی هدف جدیدی را برای کاهش هزینه های حذف دی اکسید کربن به 100 دلار آمریکا در هر تن و افزایش سریع آن در عرض یک دهه تعیین کرد. چه اتفاقی باید بیفتد تا به واقعیت تبدیل شود؟

DOE من را می ترساند زیرا آنها اینطور به نظر می رسند که فناوری از قبل آماده است. پس از 30 سال غفلت از فناوری، نمی‌توان گفت شرکت‌هایی وجود دارند که می‌دانند چگونه این کار را انجام دهند و تنها کاری که باید انجام دهیم این است که آن را پیش ببریم. ما باید فرض کنیم که این یک فناوری نوپا است.

Climeworks بزرگترین شرکتی است که ضبط مستقیم تجاری را انجام می دهد و CO2 را در آن به فروش می رساند حدود 500 تا 1,000 دلار در هر تن. خیلی گران است. از سوی دیگر، با 50 دلار در هر تن، جهان می تواند این کار را انجام دهد. فکر می کنم بتوانیم به آنجا برسیم.

ایالات متحده در سال حدود 7 میلیون تن CO2 مصرف می کند CO2 تاجر – فکر کنید نوشیدنی های گازدار، کپسول های آتش نشانی، سیلوهای غلات از آن برای کنترل پودر دانه استفاده می کنند که خطر انفجار است. قیمت متوسط ​​60 تا 150 دلار است. بنابراین زیر 100 دلار بازار دارید.

آنچه شما واقعاً نیاز دارید یک چارچوب نظارتی است که بگوید ما تقاضا داریم CO2 کنار گذاشته شود، و سپس بازار از گرفتن کیلوتن CO2 امروز به جذب گیگاتن CO2 حرکت می کند.

به نظر شما این فناوری در 10 سال آینده به کجا خواهد رفت؟

من جهانی را می بینم که سوخت های فسیلی را احتمالاً به تدریج کنار می گذارد، اما وظیفه دارد تمام CO2 را در درازمدت جذب و ذخیره کند.

توصیه ما این است که وقتی کربن از زمین خارج می‌شود، باید با حذف یکسانی مطابقت داده شود. اگر 1 تن کربن مرتبط با زغال سنگ، نفت یا گاز تولید می کنید، باید 1 تن را کنار بگذارید. لازم نیست همان تن باشد، اما باید وجود داشته باشد گواهی توقیف این اطمینان می دهد که کنار گذاشته شده است و باید بیش از 100 سال دوام بیاورد. اگر تمام کربن از لحظه بیرون آمدن از زمین تأیید شده باشد، تقلب در سیستم دشوارتر است.

یک ناشناخته بزرگ این است که صنعت و جامعه چقدر برای خنثی شدن کربن تلاش خواهند کرد. دیدن شرکت هایی مانند مایکروسافت و راه راه خرید اعتبار کربن و گواهی برای حذف CO2 و مایل به پرداخت قیمت های نسبتا بالا.

نفوذ فناوری جدید ممکن است یک یا دو دهه طول بکشد، اما اگر کشش اقتصادی وجود داشته باشد، همه چیز می تواند به سرعت پیش برود. اولین جت تجاری در سال 1951 در دسترس بود. در سال 1965 آنها همه جا حاضر شدند.

درباره نویسنده

کلاوس لاکنر، استاد مهندسی و مدیر مرکز انتشار کربن منفی، دانشگاه ایالتی آریزونا

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

کتاب های مرتبط:

آینده ما انتخاب می کنیم: زنده ماندن از بحران آب و هوا

توسط کریستیانا فیگرس و تام ریوت-کارناک

نویسندگان، که نقش های کلیدی در توافق نامه پاریس در مورد تغییرات آب و هوا داشتند، بینش ها و استراتژی هایی را برای رسیدگی به بحران آب و هوا، از جمله اقدامات فردی و جمعی ارائه می دهند.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید

زمین غیرقابل سکونت: زندگی پس از گرم شدن

توسط دیوید والاس ولز

این کتاب پیامدهای بالقوه تغییرات آب و هوایی کنترل نشده، از جمله انقراض دسته جمعی، کمبود غذا و آب، و بی ثباتی سیاسی را بررسی می کند.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید

وزارت آینده: یک رمان

توسط کیم استنلی رابینسون

این رمان دنیایی نزدیک به آینده را تصور می کند که با تأثیرات تغییرات آب و هوایی دست و پنجه نرم می کند و چشم اندازی را ارائه می دهد که چگونه جامعه ممکن است برای مقابله با بحران تغییر کند.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید

زیر آسمان سفید: طبیعت آینده

توسط الیزابت کلبرت

نویسنده تأثیر انسان بر جهان طبیعی، از جمله تغییرات آب و هوا، و پتانسیل راه حل های فناورانه برای مقابله با چالش های زیست محیطی را بررسی می کند.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید

رها کردن: برنامه جامع تر که تا کنون پیشنهاد معکوس گرم شدن جهانی شده است

ویرایش شده توسط پل هاوکن

این کتاب یک طرح جامع برای پرداختن به تغییرات آب و هوا، شامل راه‌حل‌هایی از طیف وسیعی از بخش‌ها مانند انرژی، کشاورزی و حمل‌ونقل ارائه می‌کند.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید