القطعة المفقودة في مسيرة تحقيق الحياد الكربوني
مع تقدم مبادرات تحقيق الحياد الكربوني، تستمر تقنيات إزالة الكربون واحتجاز الكربون وعزله في التطور في الصين. ويجري الترويج على نطاق واسع للتقنيات المستخدمة في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم، وإنتاج الأسمنت، والدورات المركبة للغاز الطبيعي، والدورات المركبة للتغويز المتكامل، واحتجاز الكربون في مجال طاقة الكتلة الحيوية. ومع ذلك، لا تزال هناك فجوة كبيرة: الالتقاط المباشر للهواء (DAC).
تُعد تقنية DAC حالياً التقنية الوحيدة القادرة على مواجهة ثلاثة تحديات رئيسية:
الفعالية من حيث التكلفة
قابلية التوسع, ، مع إمكانات توسع غير محدودة عمليًّا
إزالة ثاني أكسيد الكربون بشكل دائم من الغلاف الجوي في أي وقت
نظرة عامة على عملية التقاط ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء
يمكن تلخيص عملية DAC في ثلاث خطوات:
سحب الهواء واحتجاز ثاني أكسيد الكربون: تقوم المراوح بسحب الهواء المحيط إلى المجمعات، حيث تعمل المرشحات على احتجاز جزيئات ثاني أكسيد الكربون.
التجديد: بمجرد وصول المرشحات إلى حالة التشبع، ترتفع درجة حرارة المجمع إلى حوالي 100 درجة مئوية، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون المحتجز مختلطًا بالماء.
التخزين أم الاستخدام: يتم عزل ثاني أكسيد الكربون بشكل دائم تحت الأرض عن طريق التمعدن، أو تحويله إلى ديزل اصطناعي أو وقود منخفض الكربون، ويُستخدم في توليد الطاقة، أو يُزوَّد به الدفيئات الزراعية وصناعة المشروبات.
تصنيف تكنولوجيا DAC
1. التقاط الهواء المباشر بالسائل
تستخدم تقنية DAC السائلة مواد كيميائية ماصة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون.
محاليل هيدروكسيد القلويات
يتفاعل ثاني أكسيد الكربون (CO₂) مع هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) أو هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) لتكوين كربونات قابلة للذوبان، والتي يتم بعد ذلك إعادة توليدها عن طريق عملية الكاوستيكية. ويؤدي تسخين كربونات الكالسيوم إلى درجة حرارة تزيد عن 900 درجة مئوية إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون عالي النقاء.
حلول الأمينات
تُستخدم الأمينات على نطاق واسع في عمليات احتجاز ثاني أكسيد الكربون بعد الاحتراق، حيث تمتص ثاني أكسيد الكربون في درجة حرارة الغرفة وتطلقه عند تسخينها (حوالي 120 درجة مئوية). وتُعد الأمينات الألكيلية مناسبة لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون مباشرةً من الهواء.
محاليل أملاح الأحماض الأمينية
يتفاعل ثاني أكسيد الكربون (CO₂) مع أملاح الأحماض الأمينية لتكوين كربونات بلورية. وتؤدي هذه العملية إلى تجديد المادة الماصة وإنتاج ثاني أكسيد الكربون عالي النقاء في درجات حرارة منخفضة نسبيًا (80–120 درجة مئوية)، مما يعزز كفاءة الطاقة والاستدامة.
2. التقاط الهواء المباشر باستخدام المواد الصلبة
يستخدم محول DAC الصلب مواد ماصة مثل المعادن الأرضية القلوية أو المواد المتطورة.
الفلزات القلوية الترابية
يتفاعل ثاني أكسيد الكربون (CO₂) مع أكسيد الكالسيوم (CaO) لتكوين كربونات الكالسيوم (CaCO₃)، التي يتم تحميصها بعد ذلك لإطلاق ثاني أكسيد الكربون (CO₂). وتتكرر هذه الدورة باستمرار، على الرغم من أن ذلك يتطلب طاقة أكبر بسبب انخفاض تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
الهياكل المعدنية-العضوية (MOFs)
تحقق المواد الهيدروكسيدية العضوية (MOFs) امتصاصًا قويًّا لثاني أكسيد الكربون من خلال تعديل بنية المسام أو إضفاء وظائف عليها باستخدام مجموعات الأمين. فعلى سبيل المثال، تُظهر مواد SIFSIX-3-Cu/Ni/Zn قدرات امتصاص انتقائية تعتمد على نوع المعدن المركزي.
مواد ماصة تستجيب للرطوبة
يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون في الظروف الجافة، ويتم إطلاقه عند ارتفاع الرطوبة، مما يتيح إمكانية التقاطه وتخزينه بطريقة محكومة.
تصنيع تكنولوجيا DAC
كانت هناك عدة شركات رائدة في نشر تقنية DAC:
كليمووركس (سويسرا)
تأسست شركة «كلايمووركس» في عام 2009، وتدير محطة «أوركا» لفصل ثاني أكسيد الكربون (DAC) في أيسلندا، حيث تعمل على احتجاز 4,000 طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًّا. وتهدف المشاريع المرتقبة، مثل مشروع «ماموث»، إلى احتجاز 36,000 طن سنويًّا، لتزويد الدفيئات الزراعية وصناعات المشروبات بثاني أكسيد الكربون.
كاربون إنجنيرينغ (كندا)
قامت شركة CE بتطوير تقنية «التحويل المباشر للكربون» (DAC) على نطاق صناعي لإنتاج الوقود السائل. وسيعمل مشروعها الجاري، الذي تبلغ طاقته الإنتاجية مليون طن، بالشراكة مع شركة 1PointFive، على احتجاز ما يصل إلى 500,000 طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًّا، مع إمكانية التوسع إلى مليون طن سنويًّا.
جلوبال ثيرموستات (الولايات المتحدة الأمريكية)
تأسست شركة «جلوبال ثيرموستات» في عام 2010، وتتعاون مع شركة «إكسون موبيل» لتطوير تكنولوجيا «DAC»، حيث تمتلك محطات تجريبية في تشيلي والولايات المتحدة مصممة لالتقاط 2,000 طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًّا.
تطور لجنة المساعدة الإنمائية (DAC) في الصين
يوجد في الصين ما يقرب من 100 مشروع تجريبي لتكنولوجيا «التجميع والتخزين والتحويل» (CCUS)، حيث يتم احتجاز ما يزيد عن 4 ملايين طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًّا. ومع ذلك، لا تزال تقنية «التحليل المباشر للكربون» (DAC) في المرحلة التجريبية:
شركة الاستثمار في الطاقة الحكومية (SPIC) وتهدف إلى إتمام أول عرض توضيحي صناعي لتقنية DAC بحلول عام 2024.
جامعة تشجيانغ تم تطوير نموذج أولي لجهاز DAC بسعة 30 كجم/يوم باستخدام تقنية التجديد بالترطيب لتزويد الدفيئات بالثاني أكسيد الكربون.
لدى DAC إمكانات توسع غير محدودة, ، حيث تنخفض التكلفة الهامشية مع زيادة السعة، مما يسلط الضوء على أهميتها الاستراتيجية في تحقيق الحياد الكربوني.
السياسة العالمية ودعم الاستثمار
الولايات المتحدة
$1.2B دعم مالي لمشاريع DAC في تكساس ولويزيانا، مما يؤدي إلى إزالة أكثر من 2 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًّا.
تتضمن الخطط الفيدرالية إنشاء أربعة مراكز DAC بدعم مالي يبلغ $3.5B في إطار «قانون البنية التحتية الحزبي المشترك».
الصين
يشجع «التقرير الوطني لتقييم تغير المناخ» (2022) استخدام تقنية DAC كجزء من تقنيات «التخزين والالتقاط والتحكم في الكربون» (CCUS).
تدعم السياسات الصادرة عن اللجنة الوطنية للتنمية والإصلاح (NDRC) والوكالة الوطنية للطاقة (NEA) تطوير التكنولوجيات منخفضة الكربون لتحقيق الأهداف الوطنية المتعلقة بالحياد الكربوني.
التزام القطاع
التزمت شركات عالمية، من بينها «ألفابت» و«مايكروسوفت» و«إتش آند إم» و«جيه بي مورغان تشيس»، بتخصيص ما يقارب $1B لحلول إزالة الكربون الدائمة، مما يشير إلى اهتمام قوي من السوق بتقنيات «إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي» (DAC).
التحديات والفرص
ورغم أن تقنية DAC تُعدّ أساسية لتحقيق الحياد الكربوني، إلا أن التكلفة لا تزال تشكل عائقًا رئيسيًّا. وتشمل التطبيقات المحتملة ما يلي:
الحد من انبعاثات الكربون في صناعة النفط
إنتاج الوقود الاصطناعي والميثانول والبلاستيك والخرسانة
إثراء الدفيئات الزراعية
لا يزال مجال DAC مجالاً ناشئاً في الصين، و تعمل «دودجن» بنشاط على دفع عجلة أبحاث DAC إلى الأمام, ، داعيةً الشركاء إلى المساهمة في التطوير السريع لهذه التكنولوجيا الحيوية.
