آیا تکنولوژی استحصال کربن میتواند به کاهش تغییرات اقلیمی کمک نماید؟

به گزارش آژانس رویدادهای مهم نفت و انرژی " نفت ما " ،دنیای امروز با چالش های مهمی روبروست: پاسخگویی به نیاز های روز افزون انرژی، کاهش انتشار کربن، و در نهایت مبارزه با تغییرات آب و هوایی. اغلب اوقات بر روی یک تکنولوژی بعنوان بخشی از راه حل فائق آمدن بر چالش های فوق تکیه می شود، و آن استحصال کربن و ذخیره سازی آن می باشد که با عنوان Carbon Capture and Storage یا به اختصار CCS شناخته می شود. در این گزارش کوتاه به معرفی این تکنولوژی و میزان تاثیرگذاری آن پرداخته خواهد شد. همچنین به این سوال پاسخ داده خواهد شد که چرا تعداد انگشت شماری از این دست تکنولوژی ها به اجرا درآمده است. همانطور که از نام این تکنولوژی مشخص می باشد،CCS ترکیبی از چند تکنولوژی است بمنظور استحصال کربن و ذخیره سازی آن در اعماق زمین، با هدف جلوگیری از انتشار کربن در اتمسفر. این تکنولوژی همچنین بعنوان یکی از تکنولوژی های مهم در مرحله ی گذار به آینده ی کم کربن، و مبارزه با تغییرات آب و هوایی به حساب می آید. جمعیت زمین در حال حاضر حدود 7.5 میلیارد نفر می باشد که بر اساس پیش بینی ها در انتهای این قرن به حدود 11 میلیارد نفر خواهد رسید. این بدین معنی است که تجهیزات و کارخانجات بیشتری ساخته خواهند شد، خانه های بیشتری به نور، گرمایش و سرمایش نیاز خواهند داشت، وسایل نقلیه بیشتری نیاز خواهد بود،.... که همه ی اینها نیازمند انرژی است. مصرف انرژی بیشتر، یعنی انتشار میزان بالاتری از دی اکسید کربن در اتمسفر، به دلیل استفاده ی بالای سوخت های فسیلی، و در نهایت تغییرات شدید تر آب و هوایی. البته آینده ی ترکیب انرژی در حال تغییر است و انرژی هایی مانند انرژی های خورشیدی، بادی، و بطور کلی انرژی های تجدید پذیر در حال رشد میباشند ولی نه با سرعت مناسبی که بتوانند مانع تغییرات آب و هوایی شوند. امروزه سالیانه حدود 3.5 میلیارد تن دی اکسید کربن بدلیل تولید انرژی از سوخت های فسیلی در اتمسفر منتشر می گردد. در سال 2015، توافق پاریس یک چهارچوب را مشخص نمود تا کشورها میزان انتشار گازهای آلاینده را به نحوی کاهش دهند تا میزان افزایش متوسط دمای جو زمین تا پایان این قرن به کمتر از ۲ درجه سانتیگراد محدود گردد، و حتی این تغییرات دمایی تا حد ۱.۵ درجه نیز پایین آید. البته توافق پاریس این نکته را نیز در نظر گرفته است که بشر کماکان به استفاده از سوخت های فسیلی برای بسیاری از فعالیت های خود نیازمند است مانند صنایع هوایی، فرایند های صنعتی بزرگ،... بنابر این در توافق مذکور، دستیابی به یک تعادل بین استفاده از سوخت های فسیلی و انتشار آلاینده ها، و استحصال دی اکسید کربن از جو تمرکز شده است. حال، چگونگی استحصال میزان بالایی از دی اکسید کربن موجود در جو اهمیت بالایی پیدا می کند. بطور طبیعی، دی اکسید کربن موجود در مرکز زمین از طریق فوران آتشفشان ها به جو راه پیدا میکند. همینطور میزان زیادی از دی اکسید کربن توسط درختان در جو منتشر میگردد که بخشی از آن مجددا از طریق گیاهان جذب میگردد، و بخشی دیگر از طریق باران بصورت گاز های حل نشده به دریاها و اقیانوس ها وارد میگردد. اما در طول 250 سال گذشته که از انقلاب صنعتی میگذرد، و به دلیل نیاز روز افزون انرژی، این تعادل طبیعی دستخوش تغییراتی گشته است. میزان انتشار دی اکسید کربن در جو بیشتر از هر زمان دیگری در طول تاریخ بشری است به نحوی که سیستم طبیعی بازیافت کربن دیگر قادر به تحمل این تغییر نمی باشد. بنابر این نیاز به راه هایی جهت فایق آمدن بر این مشکل می باشد: بعنوان مثال در کشور سوئیس، شرکتی وجود دارد که برای اولین بار ماشینی ساخته است که میزان بسیار زیادی از هوای شامل دی اکسید کربن را از طریق فن های مکنده وارد ماشین مینماید، و از طرف دیگر هوای بدون دی اکسید کربن را خارج می کند. دی اکسید کربن جذب شده نیز در زیر زمین برای همیشه ذخیره می گردد. هر کدام ازاین دستگاه ها می تواند حدود 50 تن دی اکسید کربن در سال را به این طریق استحصال نمایند (بنابر این هر خانواده ای به یکی از این دستگاه ها نیازمند خواهد بود!). ولی جهان نیازمند راه حل های بهتری برای فائق آمدن بر این مشکل می باشد تا بتواند بطور دائمی دی اکسید کربن اضافه در جو را استحصال و ذخیره نماید. یکی از این راه حل ها در واقع پیشگیری قبل از وقوع بیماری است یعنی جلوگیری از انتشار دی اکسید کربن در جو، و ذخیره کردن آن با استفاده از تکنولوژی CCS. یکی از معروف ترین روش های استحصال دی اکسید کربن استفاده از آمین ها (از خانواده آمونیاک) برای جذب دی اکسید کربن در برجی معروف به absorption tower میباشد. سپس، آمین همراه با دی اکسید کربن از پایین absorption tower به بالای برج دیگری با نام stripping tower هدایت شده، و به سمت پایین برج ریخته می شود. بصورت همزمان از پایین برج نیز بخار به سمت بالا وارد میگردد تا با گرم کردن آمین حاوی دی اکسید کربن، موجب جداسازی دی اکسید کربن از آمین گردد. دی اکسید کربن جدا شده به بالای برج stripper رفته، و از آنجا پس از طی سلسله فرایندهایی رطوبت زدایی انجام می پذیرد و سپس با استفاده از کمپرسور جهت حمل و نقل آسانتر به فاز مایع تبدیل میگردد. پس از حمل دی اکسید کربن مایع شده به محل ذخیره سازی در زیر زمین که خط لوله های انتقال کیلومترها به زیر زمین کشیده شده اند، دی اکسید کربن به مخازن مورد نظر تزریق میشود. بعنوان مثال در پروژه ی Quest شرکت Shell در کانادا، دی اکسید کربن در عمق بیش از 65 کیلومتری زمین و به مخازن نمکی تزریق می شود. لایه های متعدد صخره ای نمکی و رسی که در بالای مخزن قرار گرفته اند مانع خروج دی اکسید کربن می گردند و این مخزن را به محلی مطمئن برای نگهداری دی اکسید کربن تبدیل کرده اند. بر طبق اعلام مدیران این پروژه، تزریق دی اکسید کربن در این مخزن تا 25 سال ادامه خواهد داشت و این به معنی جلوگیری از انتشار 25 میلیون تن دی اکسید کربن در جو، و ذخیره سازی آن در اعماق زمین می باشد.

طبق نظر کارشناسان، برای کاهش میزان انتشار دی اکسید کربن در جهان به تعداد 10000 واحد CCS به ظرفیت پروژه ی Quest در کانادا نیاز می باشد که عملیاتی شدن آن با توجه به هزینه های مرتبط با ساخت و بهره برداری از این واحد ها کمی مشکل به نظر میرسد. در حال حاضر تکنولوژی های متعددی جهت کاهش هزینه های استحصال و ذخیره ی کربن در دست آزمایش می باشد. بعنوان مثال مرکز تکنولوژی Mongstad در کشور نروژ که یکی از بزرگترین مراکز آزمایشگاهی تکنولوژی CCS می باشد، در حال بررسی و آزمایش راه های متفاوتی جهت کاهش هزینه استفاده از این تکنولوژی است. تجزیه و تحلیل اثر عناصر مختلف فرایند در هزینه ها ضروری است. اولین عنصری که مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد گازهای خروجی می باشند. صنایع مختلف انرژی و فرایندی، میزان متفاوتی از دی اکسید کربن را انتشار می دهند، بنابر این مدلسازی دقیق هر فرایند به جهت دستیابی به بهترین واحد آمینی CCS انجام می پذیرد. آمین های متفاوت، میزان متفاوتی از دی اکسید کربن را جذب میکنند، بنابر این پیداکردن موثر ترین ترکیب آمین به جهت کاهش مقدار استفاده از آن، و افزایش نرخ جذب، تاثیر بالایی بر هزینه های CCS دارد. بعلاوه، محل تزریق آمین در absorption tower و زمان تلاقی آن با گاز های خروجی نیز مورد آزمایش قرار می گیرد تا بیشترین میزان جذب دی اکسید کربن را داشته باشند. مرحله بعدی جداسازی دی اکسید کربن از آمین در absorption tower خواهد بود که نیازمند انرژی فراوانی است. مصرف بالای انرژی در این فرایند موجب کاهش بازدهی سیستم های پیچیده ی انرژی و فرایندی می گردد که بایستی به نحو مقتضی درنظر گرفته شود. یکی از راه های مورد آزمایش پیدا کردن آمینی است که به راحتی از دی اکسید کربن جدا گردد و موجب کاهش مصرف انرژی و هزینه ها شود. راه حل دیگری که در مرکز فوق مورد آزمایش قرار میگیرد و موجب کاهش هزینه ها میگردد، پیدا کرن آمینی است که در اثر تماس با لوله های فلزی خوردگی کمتری ایجاد نماید. علاوه بر راهکارهای فوق، پیشنهاد نگارنده جهت کاهش هزینه ها و افزایش بازدهی سیستم ها، استفاده ی بهینه از انرژی های گرمایی داخلی هر سیستم بوده که در حالت عادی مورد استفاده قرار نمیگیرند و یا به هدر می روند. این روش با عنوان تجمیع حرارتی یا Heat Integration شناخته می شود که با انجام آنالیز پینچ Pinch Analysis و طراحی شبکه مبدل های حرارتی Heat Exchanger Network Design همراه می باشد. انجام مطالعات و آزمایش های فوق میتوان تا بیش از 30% هزینه های مرتبط با CCS را کاهش داده، و استفاده از این تکنولوژی را در جهان رایج نماید. با این حال هنوز استفاده از CCS هزینه های بالایی برای شرکت ها داشته و بدون همکاری دولت ها در راستای لحاظ نمودن جریمه استفاده از سوخت های فسیلی، و یا مالیات بر انتشار کربن، صنایع به سمت کاهش انتشار آن حرکت نخواهند کرد و زیر بار هزینه های تحمیلی CCS نمی روند. بنابراین دستیابی به اهداف توافق پاریس چالشی بزرگ محسوب می شود و کارهای زیادی باید انجام پذیرد. حرکت به سمت انرژی های تجدید پذیر، دستیابی به تکنولوژی های نوین، استفاده از سوخت های فسیلی پاک تر (گاز طبیعی)، و همینطور طرح های تشویقی و تنبیهی دولت ها از جمله ی این حرکت ها می باشند. سجاد کشاورزیان، دکترای انرژی دانشگاه پلیتکنیک میلان، پژوهشگر در شرکت پتروشیمی نوری برگرفته از:https://www.shell.com/inside-energy/can-this-technology-tackle-climate-change.html