فناوری جمع آوری کربن: یک رویا به واقعیت تبدیل شده یا همچنان واقعیت دوردستی؟

فهرست مطالب

مقدمه
بحث اصلی
نتیجه‌گیری
نظر شخصی
منابع

1. مقدمه

فناوری جمع‌آوری و ذخیره کربن (CCS) به عنوان یکی از فناوری‌های برجسته در مقابله با تغییر اقلیم ظاهر شده است. این فناوری با جمع‌آوری دی‌اکسید کربن (CO2) از فرآیندهای صنعتی و تولید انرژی قبل از ورود به جو، راهی برای کاهش غلظت گازهای گلخانه‌ای ارائه می‌دهد. با این حال، با وجود اهمیت آن، سؤالاتی درباره آیا این فناوری آماده استفاده به صورت گسترده و آیا می‌تواند تأثیر قابل توجهی در کاهش گرمایش جهانی داشته باشد، وجود دارد.

این مطلب به بررسی اصول CCS، وضعیت فعلی توسعه آن، ارزیابی امکانات آن برای کاهش تغییر اقلیم و مواجهه با محدودیت‌های فنی و موانع هزینه‌ای می‌پردازد که انتشار گسترده آن را مختل می‌کند.

2. بحث اصلی

2.1 اصول جمع‌آوری و ذخیره کربن (CCS)

CCS شامل سه مرحله اصلی است: جمع‌آوری، حمل و نقل، و ذخیره‌سازی.

جمع‌آوری: این مرحله شامل جدا کردن CO2 از گازهای دیگر تولید شده در فعالیت‌های صنعتی مانند تولید سیمان، تولید فولاد یا تولید برق از سوخت‌های فسیلی است. سه روش اصلی وجود دارد:
- جمع‌آوری پس از سوزش: حذف CO2 پس از سوزش سوخت با استفاده از محلول‌هایی مانند آمین.
- جمع‌آوری قبل از سوزش: تبدیل سوخت‌های فسیلی به گاز ترکیبی (syngas) و سپس جدا کردن CO2.
- سوزش Oxy-fuel: سوزاندن سوخت در محیط اکسیژن خالص به جای هوا که منجر به جریان دودکشی تشکیل شده از آب و دی‌اکسید کربن می‌شود.
حمل و نقل: پس از جمع‌آوری، CO2 باید به نقاط ذخیره‌سازی مناسب منتقل شود. این کار معمولاً از طریق لوله‌کشی انجام می‌شود، اما می‌تواند شامل کشتی‌ها یا کامیون‌ها نیز باشد.
ذخیره‌سازی: مرحله نهایی عبارت است از تزریق CO2 به عمق زیرزمین به ساختارهای جغرافیایی مانند میدان‌های نفتی خالی، آب‌های سنگین یا زمین‌های معدنی که CO2 را برای هزاران سال از بین نگه می‌دارد.

2.2 تحولات فعلی در CCS

اولین تسهیلات تجاری مقیاس CCS در سال 2000 با پروژه Sleipner در ساحل نروژ آغاز شد. از آن زمان، ده‌ها پروژه در سراسر جهان شروع شده است، اگرچه بسیاری از آنها به دلیل هزینه‌های بالا و موانع نظارتی به تعویق افتاده یا لغو شده‌اند. مثال‌های برجسته عبارتند از:

stan Power Station (کانادا): یکی از اولین نیروگاه‌های عملیاتی CCS متصل به نیروگاه‌های سوخت فسیلی.
پروژه Petra Nova (ایالات متحده): یک پروژه بزرگ طراحی شده برای جمع‌آوری CO2 از یک نیروگاه در تگزاس؛ اما در سال 2020 به دلیل دلایل اقتصادی عملیات آن متوقف شد.
پروژه Northern Lights (نروژ): تلاشی جسورانه برای ایجاد اولین زیرساخت حمل و نقل و ذخیره‌سازی CO2 عبوری اروپا.

با وجود این پیشرفت‌ها، CCS کمتر از 0.1٪ کاهشات سالانه CO2 جهانی را پوشش می‌دهد که با اهداف بین‌المللی اقلیمی متناظر نیست.

2.3 آیا CCS می‌تواند تغییر اقلیم را کند کند؟

در نظریه، CCS پتانسیل فراوانی دارد. اگر به طور گسترده در بخش‌هایی که عامل انتشار سنگین هستند مانند سیمان، فولاد و شیمیایی‌ها استفاده شود، می‌توان میلیاردها تن CO2 از ورود به جو جلوگیری کرد. برخی مطالعات پیش‌بینی می‌کنند که تا وسط قرن، CCS می‌تواند تا 15٪ از کاهشات ضروری تحت سناریوهای محدود کردن گرمایش جهانی به 1.5 درجه سانتی‌گراد بالاتر از سطح پیش از صنعتی را تأمین کند.

اما تحقق این پتانسیل نیازمند پیش‌برد موانع قابل توجهی است:

محدودیت‌های فنی

مصرف انرژی: جمع‌آوری CO2 انرژی زیادی مصرف می‌کند که کارایی کلی نیروگاه‌ها را حدود 20–30٪ کاهش می‌دهد. این “جایزه انرژی” هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد و ممکن است برخی از منافع محیطی را تا زمانی که منابع تجدیدپذیر کمک‌کننده باشند، کاهش دهد.
نیاز به زیرساخت‌ها: ساخت شبکه‌های گسترده لوله‌کشی و ایستگاه‌های ذخیره‌سازی چالش‌های لوژیستیکی ایجاد می‌کند، به‌ویژه در مناطقی که زیرساخت‌های موجود ندارند.
نگرانی‌های امنیتی بلندمدت: تضمین اینکه CO2 ذخیره‌شده نباید به مدت قرون به جو بازگردد، نیازمند سیستم‌های نظارت دقیق و استراتژی‌های حاوی محتوای قوی دارد.

موانع هزینه‌ای

CCS هنوز از نظر هزینه نسبت به روش‌های متعارف کنترل آلودگی گران‌تر است. برآوردها متفاوت است، اما اعداد معمول بین $50 تا $100 در هر تن CO2 جمع‌آوری شده است. برای اطلاع، دستیابی به صفر سازی صاف جهانی ممکن است نیازمند جمع‌آوری ده‌ها گیگا تن سالانه باشد که سرمایه‌گذاری به میلیاردها دلار نیاز دارد.

subsidy دولتی و مکانیسم قیمت‌گذاری کربن به منظور تشویق به استفاده از این فناوری طراحی شده‌اند، اما عدم اطمینان در مورد قابلیت اقتصادی بلندمدت بدون حمایت سیاست‌گذاری پایدار وجود دارد.

2.4 پیامدهای گسترده‌تر

در حالی که CCS انتشار مستقیم را مدیریت می‌کند، منتقدان می‌گویند که این فناوری ممکن است وابستگی به سوخت‌های فسیلی را ادامه دهد به جای تسریع در انتقال به منابع تمیزتر مانند باد، خورشید و انرژی هسته‌ای. همچنین، تمرکز منابع بر CCS توجه و بودجه را از راه‌حل‌های فوری‌تری مانند بهبود کارایی انرژی یا گسترش منابع تجدیدپذیر کنار می‌زند.

از سوی دیگر، حامیان به نقش منحصربه‌فرد CCS در مقابله با بخش‌های سخت‌تری که الکتریک‌سازی امکان‌پذیر نیست تأکید می‌کنند. علاوه بر این، اتصال CCS با انرژی زیستی (BECCS) راه‌حل‌های انتشار منفی ارائه می‌دهد که برای تعادل انتشارات باقی‌مانده در دیگر بخش‌های اقتصادی ضروری است.

3. نتیجه‌گیری

در نتیجه، در حالی که CCS به عنوان رویکرد علمی قابل اعتمادی برای کاهش تغییر اقلیم شناخته می‌شود، اجرای عملی آن دور از انتظارات نظری است. هزینه‌های بالا، نارسایی فنی و قابلیت اسکاله‌بندی محدود اثرات آن را محدود می‌کند. با این حال، تحقیقات و پروژه‌های نمونه در حال تکمیل تکنیک‌ها و کاهش هزینه‌ها هستند.

آیا CCS به یک ستون اصلی در تلاش‌های کاهش کربن تبدیل می‌شود، بستگی به پیشرفت‌های آینده در علوم و اقتصاد دارد. سیاستمداران باید بین حمایت از نوآوری و تضمین تغییرات سیستمی به سمت پایداری همزمان توازن برقرار کنند.

4. نظر شخصی

شخصاً، اعتقاد دارم که CCS به دلیل پتانسیل آن برای رسیدن به حوزه‌های خاص در پیچیدگی‌های چشم‌انداز انرژی ما، اکتشاف ادامه دارد. اما نمی‌توانیم تنها به CCS بسته شویم برای حل بحران اقلیمی. به جای اینکه آن را جایگزین راه‌حل‌های دیگر کاهش کربن کنیم، باید به‌عنوان مکمل استفاده شود، به‌ویژه تاکید بر گسترش انرژی‌های تجدیدپذیر و استانداردهای کارایی افزایش یافته. دولت‌ها باید به‌明智انه سرمایه‌گذاری کنند و محیط‌هایی را برای پیشرفت فناوری ایجاد کنند بدون افتادن به خطاهای مرتبط با وابستگی طولانی‌مدت به الگوهای قدیمی.

5. منابع و منابع اصلی

گزارش سالانه موسسه جهانی CCS 2022
گزارش ویژه آژانس انرژی بین‌المللی (IEA) درباره CCUS
گزارش ارزیابی گروه بین‌المللی تغییر اقلیم (IPCC)
مقالات علمی منتشر شده در مجلاتی مانند Nature Climate Change و Environmental Science & Technology