حلول ذكية لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون

المهندس أمجد قاسم

أدى تراكم ملايين الأطنان من غاز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى حدوث تغيرات حادة في مناخ العالم، حيث ارتفع تركيز هذا الغاز من 280 جزءا من المليون منذ بداية الثورة الصناعية إلى 400 جزء من المليون حاليا.

ومن المتوقع أن يواصل هذا الرقم ارتفاعه نظرا لاستمرار حرق مزيد من الوقود الملوث للبيئة، وتوسع نشاطات الإنسان الصناعية المختلفة سواء لإنتاج الطاقة الكهربائية من الوقود الأحفوري أو في الصناعات الثقيلة كالحديد والصلب والإسمنت وغيرها أو من وسائط النقل المختلفة، ويكفي القول إن السيارة الواحدة تطلق في المتوسط وخلال فترة حياتها نحو مائة طن من هذا الغاز.

ما زال إنتاج الطاقة من مصادر متجددة وصديقة للبيئة أقل بكثير من حاجة الإنسان المتزايدة للطاقة التي يتم إنتاج غالبيتها من الوقود الأحفوري (فحم ونفط وغاز) وهو المسبب لانطلاق كميات هائلة من غاز ثاني أكسيد الكربون في الهواء، ويتوقع أن يبقى الوقود الأحفوري مصدرا هاما للطاقة خلال القرن الحالي نظرا لاكتشاف مصادر جديدة منه وتحسين طرق استخراجه وإنتاجه.

ويسعى الباحثون حاليا إلى خفض تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون في الهواء لكبح جماح التزايد المضطرد في درجة حرارة الأرض، إذ يتطلعون لتبقى نسبة الغاز الكربوني في الهواء بحدود 380 جزءا في المليون.

وقد سُن لهذه الغاية عدد من البروتوكولات الدولية للحد من انبعاثات هذا الغاز، كما تم تحسين جودة حرق الوقود الأحفوري وابتكار وسائط نقل حديثة تستهلك كميات قليلة من الوقود، كما تم دعم مشاريع الطاقة البديلة وغيرها من الإجراءات، التي لم تستطع أن تمنع تراكم مزيد من الغاز الكربوني في الهواء الجوي، من هنا تم اقتراح امتصاص جزء من هذا الغاز من الغلاف الجوي تماما كما تفعل أشجار الغابات لكن بكفاءة أعلى.

لقد اهتم عدد من مراكز الأبحاث بتكنولوجيا امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ومنها معهد جورجيا للتقنية وجامعة كالكاري في كندا وجامعة كولومبيا ومركز التقنية المتقدمة في أريزونا والمعهد السويسري الفدرالي للتقنية في زيوريخ.

وترتكز هذه التقنية على تمرير الهواء الجوي على مرشحات تحتوي على مواد امتصاص انتقائية قادرة على امتصاص الغاز الكربوني فقط من الهواء، وهي تشبه في عملها أجهزة الامتصاص الموجودة في الغواصات والمركبات الفضائية لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الهواء لكن على نطاق أكبر وأكثر فاعلية بحيث تمتص أطنانا عدة من الغاز الكربوني في اليوم.

تصميم مبتكر
وتم تصميم نماذج عدة لآلات امتصاص غاز ثاني أكسيد الكربون ذات كفاءات متباينة، ومنها النموذج الذي تم تطويره في جامعة كولومبيا والذي يتكون من ألواح عليها طبقات من ألياف راتنجية لمادة ماصة، كأيونات الكربونات السالبة الشحنة، وبعرض متر وارتفاع 2.5 متر وموضوعة على سكة دائرية بقطر 12 مترا، تتحرك بشكل دائري ويخترقها تيار قوي من الهواء الجوي.

(والراتنج تعريب لكلمة (resin) وهي مركبات عضوية ذات لزوجة تتصلب لدى التعرض للهواء حيث تصبح مواد صلبة غير متبلورة وهشة، وهذه المركبات تحتوي على كربون وهيدروجين وأوكسجين، ولا تنحل في الماء، لكنها تنحل في الايثر والمذيبات العضوية، ولها استعمالات متعددة في الصناعات الكيميائية ومن تلك الاستعمالات استخدام بعض الراتنجات في محطات تحلية المياه).

ولدى تشبع المواد الماصة بالغاز الكربوني، تنزل الألواح إلى أسفل في حاوية خاصة لتجريدها من الغاز الكربوني، وتوضع بدلا منها ألواح جديدة لاستمرار عملية امتصاص الغاز من الهواء، أما الغاز الذي تم تجريده فيتم ضغطه وتحويله إلى سائل ويوضع في أسطوانات خاصة.

إلا أن المعضلة التي تواجه هذه التقنية هي في عملية تحرير غاز ثاني أكسيد الكربون من المواد الماصة، وهي عملية مكلفة ماديا، وتتركز الأبحاث الآن على خفض تلك التكاليف، وقد تم مؤخرا استخدام مواد ماصة كيميائية تستطيع الارتباط بقوة مع غاز ثاني أكسيد الكربون وفي نفس الوقت تستطيع تحرير الغاز منها بسهولة، وهذه المواد الماصة قد تكون سائلة أو صلبة.

ومن تلك المواد الكيميائية الماصة للغاز الكربوني، هيدروكسيد الصوديوم السائل، إلا أن تحرير الغاز منه عملية صعبة ومكلفة حيث يجب نزع ثاني أكسيد الكربون من كربونات الصوديوم أو كربونات الصوديوم الهيدروجينية المتكونتين، وذلك لإعادة استخدام مادة الامتصاص من جديد.

ولتسهيل عملية الامتصاص والنزع للغاز الكربوني، تم تصميم مبادلات راتنجية أيونية، هي عبارة عن بوليمرات كربونية جافة تتحول إلى كربونات حامضية لدى امتصاص الغاز الكربوني، ويتم التحرير للغاز بواسطة الماء.

هذا ويسعى الباحثون الآن إلى تخفيض كلفة عملية امتصاص غاز ثاني أكسيد الكربون، حيث تبلغ حاليا نحو مائتي دولار للطن الواحد، ويتوقع أن تنخفض إلى ثلاثين دولارا للطن الواحد مع تطور هذه التقنية، التي يجب مراعاة أن يكون استهلاكها للطاقة قليلا بحيث لا تتسبب بإضافة مزيد من الكربون في الغلاف الجوي، ويتوقع أن يتم نشر مليون وحدة منها في العالم.

الغاز الكربوني
على الرغم من أن الهدف الأول من هذه التقنية هو امتصاص غاز ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي لحماية البيئة من آثاره المدمرة للنظام البيئي، فإنه يمكن استخدام هذا الغاز في عدد كبير من الصناعات الهامة وبجدوى اقتصادية، كإنتاج الغاز الاصطناعي وهو نوع من الوقود لوسائط النقل مكونٌ من أول أكسيد الكربون وهيدروجين، ويستخدم حاليا في عدد من دول العالم، كما يستخدم كمادة أولية لإنتاج أنواع أخرى من الوقود.

كذلك يمكن استخدام الغاز الكربوني الممتص من الهواء في صناعة الثلج الجاف وكمحفز لنمو النباتات في المزارع المحمية، وكمذيب كيميائي وكسائل تبريد وفي صناعة المياه الغازية وبعض المواد الغذائية، كما يستخدم -وعلى نطاق واسع- في عمليات رفع إنتاجية النفط الخام من الآبار، والفائض من هذا الغاز يمكن تخزينه في باطن الأرض وفي آبار النفط والغاز المستنفدة.

____________
** كاتب علمي متخصص في هندسة تكنولوجيا الصناعات الكيميائية