رویکردهای جذب و ذخیره کربن (Carbon Capture)

نسیبه امینی

شرکت مهندسی بین ­المللی فولاد تکنیک، کارشناس ارشد گروه تحقیق و توسعه محیط زیست

یکی از تهدیدهای مهم زیست­محیطی مرتبط با استفاده از انرژی، مسئله تغییر اقلیم است که ارتباط تنگاتنگی با انتشار گازهای گلخانه­ای ناشی از تولید و مصرف انرژی دارد. گازهای گلخانه­ای با ایجاد پدیده گلخانه­ای در جو زمین، در تغییر اقلیم نقشی اساسی دارند و در این میان بخارآب  و  CO₂مجموعاً 90 درصد از سهم اثر گلخانه­ای را به خود اختصاص می­دهند. احتراق سوخت‎های فسیلی مقادیر زیادی CO₂ تولید می‎کند. مقدار آزاد شدن CO₂ در جو زمین سالانه حدود 28 گیگا تن است. براساس مطالعات و بررسی­های انجام شده نشان داد که افزایش غلظت CO₂ از 280 به 560 پی­پی­ام در طول سال­های 2000 تا 2020 بطور شگفت‎آوری با گرم­شدن کنونی سیاره زمین ارتباط کامل دارد. مطابق با برنامه تغییر اقلیم غلظت CO₂ موجود در جو باید به 450 پی­پی­ام محدود شود. از این­رو برای دستیابی به این هدف انتشار جهانی CO₂ باید تا سال 2050، 50 درصد کاهش یابد. باتوجه به اینکه مصرف جهانی حامل­های انرژی سال به سال در حال افزایش است. بنابراین شاید تاثیرگذارترین راه­ حل این نگرانی از گرم شدن زمین کاهش میزان CO₂ آزاد شده از احتراق سوخت‎های فسیلی باشد. فرایند جذب کربن در طی 4 رویکرد اصلی فرایند جذب کربن قبل از فرایند احتراق (Precombustion)­، جذب کربن پس از فرایند احتراق (Postcombustion)­، جذب کربن در فرایند احتراق با اکسیژن خالص (Oxy-fuel) و جذب مستقیم از جو انجام می­شود. این نکته را باید در نظر گرفت که هر کدام از این روش­ها بازدهی جذب و هزینه عملیاتی متفاوتی را شامل می­شوند. کربن ذخیره شده پس از فرایند جذب نیاز به ذخیره سازی و مدیریت دارد که براساس روش­ها و رویکردهای مختلفی مانند ذخیره­سازی زیرسطحی CO₂­، ذخیره سازی CO₂­ در مخازن نفت و گاز تهی شده، ذخیره سازی CO₂­ در رگه‎های زغالی، ذخیره سازی CO₂­ در سفره‎های آب شور زیرزمینی در مقیاس­های مختلف قابل بررسی و انجام است. باتوجه به اینکه ذخیره­سازی CO₂­ بصورت گازی گزینه‎ای مطلوبی نیست و هزینه ذخیره­سازی مورد نیاز خیلی زیاد است این کار نیازمند محاسبات دقیق و فرایندی است که بتوان در طول آن فرایند تبدیل CO₂­ به یک ترکیب با ارزش کرد. از اینرو در سال­های اخیر در مقیاس جهانی مطالعات بسیاری را در مقیاس­های صنعتی اجرا کردند. اخیرا گروه مطالعاتی [1]C₂CNT در دانشگاه آلبرتا کانادا فرایند تبدیل CO₂ به نانوله­های کربنی را در مقیاس پایلوت اجرایی کردند. انجام فرایند C₂CNT در این پروژه برای گاز خروجی از دودکش دو نیروگاه با سوخت متفاوت (گاز طبیعی- زغال) انجام شد. براساس پروژه اجرایی دانشگاه آلبرتا به ازای هر 3.7 تن CO₂، یک تن نانولوله­های کربنی تولید می­شود. در حال حاضر روزانه در کشور کانادا 2.7 تن CO₂ مصرف و 1.7 تن نانولوله­های کربنی یا نانولوله­های کربنی تولید می­شود. براساس برآوردهای انجام شده در دانشگاه آلبرتا هر تن نانولوله­های کربنی معادل 200 هزار دلار ارزش گذاری شده است. براساس برآوردهای انجام شده در صنایع تولید آهن و فولاد به ازای تولید هر تن فولاد 1.9 تن CO₂  تشکیل می شود. برهمین اساس انتشار CO₂ ناشی از صنایع آهن و فولاد در ایران معادل 52 میلیون تن در سال 1399 برآورد شده است که این رقم معادل تولید 14 میلیون تن نانولوله­های کربنی است که با توجه به اینکه ارزش هر تن نانولوله­های کربنی معادل 200 هزار دلار است تبدیل CO₂ منتشر شده از بخش تولید آهن و فولاد در ایران معادل 2800 میلیارد دلار است. فرایند تولید نانولوله­های کربنی از CO₂ فرایندی مشابه با تولید آلومینیوم است. این فرایند از الکترولیز مذاب تشکیل شده است. این فرآیند در یک الکترولیت کربناتی مذاب در شرایطی با دمای کمتر 770 درجه سانتیگراد کار می‎کند. به عبارتی استفاده از این رویکرد نه تنها سبب کاهش انتشار گازهای گلخانه­ای و تغییر اقلیم می­شود بلکه سبب تبدیل CO₂ به یک ماده بسیار ارزشمند و پرکاربرد نیز می­شود.

 

 

---

تاریخ ثبت : ۱۴۰۰/۵/۴