الاستدامة
حجز الكربون – هل أعماق المحيط حلًا قابلاً للتطبيق؟
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
ثاني أكسيد الكربون (CO2) هو غاز دفيئة مهم ومنتج بشكل شائع يساعد على حجز الحرارة في غلافنا الجوي. هذا الغاز الحابس للحرارة ينتج عن كلا من الأنشطة البشرية والطبيعية.
تشمل المصادر الطبيعية عمليات مثل الانفجارات البركانية وحيوانات تُخرج ثاني أكسيد الكربون كناتج نفاية. في الوقت نفسه، تشمل الأنشطة البشرية التي تؤدي إلى انبعاثات CO2 حرائق الغابات وإنتاج الطاقة الذي يتضمن استخراج وحرق الوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي والنفط والفحم. حوالي 45٪ من ثاني أكسيد الكربون الذي ينبعث من البشر يبقى فعليًا في الغلاف الجوي، مما يساهم بشكل كبير في الاحتباس الحراري.
بدون ثاني أكسيد الكربون، سيكون كوكب الأرض باردًا جدًا، مما يجعله غير صالح للسكن. مع ذلك، الزيادة في تركيز هذا الغاز في غلافنا الجوي الآن ترفع متوسط درجات الحرارة العالمية.
في عام 2019، انبعثت الولايات المتحدة وحدها 5,130 مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون المتعلق بالطاقة بينما بلغت الانبعاثات العالمية 33,621.5 مليون طن متري، وفقًا لتقديرات إدارة معلومات الطاقة الأمريكية.
(BSIN )نتيجة لذلك، يزداد الاهتمام بحجز الكربون، وهي عملية تلتقط وتخزن ثاني أكسيد الكربون الجوي. يهدف هذا النهج إلى خفض مستويات CO2 في الغلاف الجوي وتخفيف تغير المناخ العالمي.
تشمل الجهود الداعمة لهذا الهدف الانتقال إلى أنظمة طاقة نظيفة وإزالة الكربون من القطاعات ذات الانبعاثات العالية مثل النقل والبناء. من بين هذه المبادرات، يبرز حجز الكربون بشكل خاص كطريقة تعاونية مع البيئة الطبيعية لمواجهة تغير المناخ.
حجز الكربون هو طريقة رئيسية لإزالة الكربون من غلاف الأرض الجوي، ويركز أساسًا على التخزين الدائم لـ CO2. يمكن أن يحدث هذا العملية بطريقتين: بيولوجيًا وجيولوجيًا.
يتضمن حجز الكربون الجيولوجي تخزين CO2 في تكوينات تحت الأرض. وفقًا لتقييم المسح الجيولوجي للولايات المتحدة (USGS) لعام 2013 حول حجز الكربون الجيولوجي على مستوى الدولة، هناك تقدير لمتوسط قدرة التخزين يبلغ 3,000 جيغاطن متري من ثاني أكسيد الكربون. وفقًا لتقييم المنظمة، فإن منطقة السهول الساحلية بما في ذلك الأحواض الساحلية من تكساس إلى جورجيا تمتلك أعلى قدرة تخزين لـ CO2.
إحدى الطرق التي تُنفذ بها هذه العملية هي عبر إنتاج الجرافين، الذي يتطلب CO2 كمادة خام. الجرافين مادة خفيفة ومرنة ذات مقاومة عالية جدًا، مما يجعلها مفيدة في قطاعات البناء والطاقة والإلكترونيات والصحة.
ثم هناك جزيئات هندسية، يتم تعديل شكلها لتكوين مركبات جديدة من خلال التقاط CO2 من الهواء. في الوقت نفسه، تشمل تقنية التقاط وتخزين الكربون (CCS) التقاط CO2 الناتج عن الأنشطة الصناعية، وضغطه ونقله إلى مرافق تحت الأرض عميقة، ثم حقنه في تكوينات صخرية للتخزين الدائم.
يقدم حقن ثاني أكسيد الكربون في الخزانات تحت الأرض فائدة تعزيز إنتاج النفط. ومع ذلك، لا يخلو هذا الأسلوب من عيوبه. قد تظهر مشكلات مثل هجرة CO2 وتسربه، وتلوث المياه الجوفية، ومخاطر زلزالية مرتبطة بالحقن. بالإضافة إلى ذلك، تفتقر العديد من مناطق العالم إلى الخصائص الجيولوجية المناسبة لحقن الخزانات.
يُطلق على حجز الكربون البيولوجي شكلًا “غير مباشر” أو سلبيًا من الحجز. في هذه الطريقة، يُخزن CO2 في البيئة الطبيعية فيما يُسمى “مصارف الكربون”، مثل التربة، والغابات، والمراعي، والمحيطات، وغيرها من المسطحات المائية.
تُعتبر الغابات في الواقع واحدة من أفضل أشكال الحجز الطبيعي للكربون. في النهاية، تخزن الغابات ضعف ما تنبعثه من كربون في المتوسط. خلال عملية التمثيل الضوئي، يرتبط CO2 بالنباتات ويتبادل مع الأكسجين. يُقدّر أن ربع انبعاثات CO2 العالمية تُحجز إلى جانب الغابات في أشكال نباتية أخرى مثل المراعي والحقول والسافانا.
الآن، بخصوص التربة: يُلتقط CO2 ويُخزن ككربونات، تتراكم على مدى آلاف السنين عندما تتحد مع عناصر مثل الكالسيوم. على الرغم من أن CO2 يُطلق في النهاية من الأرض، فإن هذه العملية تستغرق آلاف السنين.
في البيئات المائية، بما في ذلك المسطحات المائية الكبيرة، تُشكل هذه المصارف ربع CO2 المُزال من غلاف الأرض الجوي. تُخزن الطبقات العليا من المحيطات الكربون أساسًا، لكن الكميات الزائدة قد تؤدي إلى تحمض المياه وتؤثر سلبًا على التنوع البيولوجي.
تركز الأبحاث الآن على تطوير تقنية تسمح بحجز الكربون على نطاق واسع.
طريقة فائقة السرعة لحجز الكربون
اكتشف باحثون من جامعة تكساس في أوستن طريقة جديدة وسريعة جدًا لتخزين الكربون الملتقط من الغلاف الجوي. ليست أسرع فقط من الطرق التقليدية بل لا تتطلب المواد الكيميائية الضارة المستخدمة في الطرق التقليدية أو التحريك الميكانيكي.
نُشرت في مجلة ACS Sustainable Chemistry & Engineering، وقد طورت الأبحاث تقنية لتكوين هيدرات ثاني أكسيد الكربون بسرعة فائقة. هذه المواد فريدة وشبيهة بالثلج يمكنها دفن CO2 في المحيط ومنع إطلاقه مرة أخرى إلى الغلاف الجوي.
“نحن نواجه تحديًا هائلًا — إيجاد طريقة لإزالة غيجات من الكربون بأمان من غلافنا الجوي — وتوفر الهيدرات حلًا عالميًا لتخزين الكربون. لكي تكون جزءًا رئيسيًا من حصة تخزين الكربون، نحتاج إلى تقنية تنموها بسرعة وعلى نطاق واسع.”
– فايباف بهادور، أستاذ في قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة ووكر
تُظهر الأبحاث أن الهيدرات يمكن أن تُنمو بسرعة دون استخدام أي مواد كيميائية تُعادل الفوائد البيئية لالتقاط الكربون. علاوة على ذلك، يرى الفريق أن هذه الطريقة فعّالة للغاية لتخزين الكربون على نطاق جيغاسكالي. وإذا تم التغلب على بعض العوائق والمشكلات، يمكن أن تصبح الهيدرات طريقة مفضلة لالتقاط وتخزين الكربون.
أشار الفريق إلى أن إنشاء هذه الهيدرات لالتقاط الكربون كان ليس فقط عملية بطيئة بل أيضًا مستهلكة للطاقة، مما كان يمنعها من أن تصبح الطريقة الشائعة لتخزين الكربون على نطاق واسع، حتى الآن.
في الدراسة الجديدة، تمكن الباحثون من تحقيق ما يصل إلى ستة أضعاف زيادة في معدل تكوين الهيدرات مقارنة بالطرق السابقة. السرعة العالية للعملية إلى جانب خلوها من المواد الكيميائية تجعل الهيدرات مناسبة لـ التخزين على نطاق واسع للكربون.
لكن ما يلغي فعليًا الحاجة إلى المواد الكيميائية، مما يسمح بامتصاص محسّن، كفاءة طاقة، وتكلفة منخفضة، هو المغنيسيوم، الذي كان “السر” في البحث.
المغنيسيوم (Mg)، معدن رمادي لامع ذو كثافة منخفضة، نقطة انصهار منخفضة، وتفاعل كيميائي عالي، يتواجد طبيعيًا مع عناصر أخرى. يعمل هذا المعدن هنا كمحفز يلغي الحاجة إلى عوامل كيميائية. يدعم إضافة المغنيسيوم الفقاعة المتولدة من ثاني أكسيد الكربون بمعدل تدفق عالٍ في تكوين مفاعل معين. ضغط المفاعل هنا هو العامل الأساسي لمعدل الحجز.
لذلك، فإن تحسين معدل حجز CO2، الذي يُقاس باستهلاك الغاز الصافي، ينتج عن معدل تدفق عالٍ للغاز الداخل والخارج في وجود المغنيسيوم. تزيد هذه الطريقة من معدل النمو من خلال تجديد واجهة الغاز‑الماء‑الهيدرات باستمرار.
ما يجعل التقنية أسهل في التنفيذ هو أنها تعمل جيدًا مع مياه البحر، مما يعني أنها لا تحتاج إلى عمليات تحلية معقدة لإنشاء مياه عذرة. سيساهم التكوين السريع للرغوة بالمياه المالحة في تعزيز الأداء الاقتصادي للتقنية، وفقًا للفريق. وفقًا لبهادور، قائد البحث:
“تُعد الهيدرات خيارًا جذابًا لتخزين الكربون لأن قاع البحر يوفر ظروفًا حرارية ثابتة، مما يحميها من التحلل.”
بهذه الطريقة، يصبح تخزين الكربون فعليًا جاهزًا للاستخدام لكل دولة على كوكبنا ذات السواحل. وبالتالي، يجعل هذا الأسلوب لتخزين الكربون “أكثر إمكانية وتطبيقًا على نطاق عالمي ويقربنا من تحقيق مستقبل مستدام”، أضاف.
وفقًا للباحثين، ستمكّن الرغوات من نهج جديد لنقل وحجز CO2. لكن تداعيات هذا التقدم تتجاوز مجرد حجز الكربون. يمكن أن يُستخدم تكوين الهيدرات السريع أيضًا في فصل الغازات و التخزين والتحلية.
بهذه الطريقة، تقدم التقنية الجديدة حلًا متعدد الاستخدامات لمختلف الصناعات. وبالتالي، قدم الباحثون طلبًا للحصول على زوج من براءات الاختراع المتعلقة بهذه التقنية، ويفكرون أيضًا في إنشاء شركة ناشئة لتسويقها.
ليس كل المبادرات ناجحة
نظرًا لأهمية خفض الكربون في البيئة، يستكشف العلماء وقادة العالم طرقًا وتقنيات جديدة لتحقيق أهداف المناخ.
في العام الماضي، اكتشف العلماء ميكروبًا على ساحل جزيرة بركانية قرب صقلية يستهلك CO2 “بسرعة مذهلة”. تم العثور على هذه الميكروبات في سبتمبر 2022، وهي “فعّالة للغاية في استهلاك CO2 عبر التمثيل الضوئي”، أسرع من السايانوبكتيريا المعروفة الأخرى. صرح العلماء أن العمليات الميكروبية أكثر كفاءة من حيث رأس المال مقارنةً بالتدخلات التقنية و أنها “قابلة للتوسع بطبيعتها” لأنها “يمكن نشرها في بيئات متنوعة، من البرك المفتوحة إلى المفاعلات الحيوية.”
قبل بضعة أشهر، أعلن علماء المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) عن تطوير معدات اختبار عالية الدقة لقياس أداء المواد (الممتصات) المستخدمة في حجز وإزالة الكربون من الهواء. يتيح الجهاز لـ NIST إنشاء مواد اختبار من الدرجة البحثية (RGTM) لصناعة التقاط الهواء المباشر (DAC). يسمح ذلك للشركات باختبار ممتصاتها والتحقق من فعاليتها قبل التوسع.
في هذا الشهر فقط، اقترح باحثون أستراليون استخدام الطاقة الشمسية لالتقاط وتخزين الكربون في مخلفات التعدين. هم الآن يجريون أول تقييم وتحليل لاستخدام الحرارة الشمسية المركزة لتفعيل السربنتين لإنتاج مواد خام مفعّلة لعمليات التقاط وتخزين الكربون عبر الكربنة المعدنية.
يكتشف العلماء أيضًا طرقًا لتحويل الغازات الدفيئة مباشرة إلى وقود صلب يمكن استخدامه لتدفئة المنازل أو تشغيل الصناعات. على سبيل المثال، طور باحثون في MIT وجامعة هارفارد عملية فعّالة لتحويل الغاز إلى مسحوق عبر التحويل الكهروكيميائي. يُستخدم الفورمات الصلب لاحقًا في مختبر لإنتاج الكهرباء عبر خلية وقود.
لذلك، هناك تركيز واضح أكبر على التقاط وتخزين الكربون، مع استثمار الكثير من الأبحاث والتمويل في هذه الجهود. ومع ذلك، ليست كل المبادرات ناجحة. مثال بارز على ذلك هو الشركة الناشئة الأمريكية المتخصصة في المناخ “Running Tide”.
تقوم عملية إزالة الكربون في “Running Tide” على شبكة من العوامات الخشبية العائمة تُطوّر “غابات بحرية” من الأعشاب البحرية “لتلتهم الكربون من الهواء والماء” وتضيف الحجر الجيري “ليعمل كقابض حامضي للطبقة السطحية للبحر”. تُقطع الأعشاب البحرية بعد ذلك لتغرق في المحيط، حيث تمتص CO2 وتبقى مدفونة بعمق لآلاف السنين.
وفقًا لموقعها الإلكتروني، تُقَدِّر الشركة أنها أزالت 25,000 طن من الكربون عبر مسارين:
- تحسين قلوية المحيط
- غرق الكتلة الحيوية
تبيع “Running Tide” أيضًا ائتمانات كربونية، تمثل طنًا من الكربون المُزال من الدورة السريعة. قبل عام تقريبًا، قدمت الشركة أول ائتمانات إزالة كربون من مشروع محيطي مفتوح، وتم بيع الائتمانات مسبقًا لشركة التجارة الإلكترونية “Shopify ”. لاحقًا، اشترت مايكروسوفت أيضًا ائتمانات كربونية من الشركة.
في يونيو، أعلنت الشركة عن إغلاقها. كتب مؤسس “Running Tide” والرئيس التنفيذي مارك أودلين في منشور على لينكدإن:
“للأسف، نبدأ اليوم عملية إغلاق عمليات “Running Tide” العالمية لأننا غير قادرين على تأمين التمويل المناسب لمواصلة عملنا بالسرعة المطلوبة.”
وفقًا للمنشور، سوق الكربون طوعي ولا يوجد “الطلب اللازم لدعم إزالة الكربون على نطاق واسع” مضيفًا، “ستُقَيَّم نزاهتنا بناءً على ما إذا كنا نحقق هدف النصر ولا شيء غير ذلك.”
في المنشور، ادعى أن الشركة “نفذت أكبر مشروع ناجح لإزالة الكربون في المحيط المفتوح”، وذلك “بتكلفة منخفضة، في أقسى البيئات، مع أعلى معايير الجودة.”
ذكرت الشركة أنها غرقت حوالي 19 ألف طن من رقائق الخشب في مياه ساحل آيسلندا. وقد وُصِف هذا الإغراق بأنه “غير مراقب تمامًا”، ذكرته الصحيفة الأسبوعية الآيسلندية “Heimildin”، التي أشارت أيضًا إلى نقص الرقابة على العمليات، والنقص في التحقق من ادعاءات الشركة بأنها حجزت 25,000 طن من الكربون على قاع البحر.
إن إغلاق “Running Tide” والأسئلة حول عملياتها تُظهر أن الجهود والبحوث تُثير الحماس، لكن المبادرات لا تتحقق دائمًا وهناك حاجة إلى مزيد من الدعم الحكومي والاختراقات التقنية لتحقيق تغيير.
الآن، دعونا نلقي نظرة على بعض الشركات التي يمكن أن تستفيد بشكل كبير من هذا البحث.
#1. ExxonMobil (XOM)
كواحدة من الشركات العامة الرائدة التي تستثمر بكثافة في تقنيات التقاط وتخزين الكربون (CCS)، مع عدة مشاريع جارية لتقليل بصمتها الكربونية، يمكن أن تستفيد ExxonMobil (XOM ) بشكل كبير من أبحاث جامعة تكساس حول حجز الكربون القائم على المحيط.
يمكن لتقنية حجز الكربون القائم على المحيط أن تساعد ExxonMobil على تعزيز ريادتها التقنية وتقليل التكاليف التنظيمية المتعلقة بانبعاثات الكربون.
XOM مخطط السعر
من الناحية المالية، قد توفر هذه التقنية مبالغ كبيرة من خلال خفض الالتزامات الضريبية المحتملة على الكربون وخلق مصادر إيرادات جديدة عبر بيع ائتمانات الكربون. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذه التطورات تحسين تصنيفات ESG الخاصة بـ ExxonMobil، مما يجعلها أكثر جاذبية للمستثمرين المهتمين بالبيئة. وقد أبلغت الشركة عن إيرادات قدرها 413.7 مليار دولار في عام 2023.
#2. Occidental Petroleum (OXY)
تُعد Occidental Petroleum (OXY ) رائدة في تطوير مشاريع CCS على نطاق واسع، خاصة تلك التي تدمج الكربون الملتقط في عمليات تعزيز استخراج النفط (EOR). من خلال اعتماد حجز الكربون القائم على المحيط، يمكن لـ Occidental تنويع مبادرات CCS وتعزيز ممارساتها المستدامة.
OXY مخطط السعر
من الناحية المالية، توفر هذه التقنية فوائد مزدوجة: فهي تساعد في خفض الالتزامات الضريبية على الكربون وتولد إيرادات إضافية عبر ائتمانات الكربون. علاوة على ذلك، يمكن لاستخدام الكربون الملتقط في عمليات EOR تحسين معدلات استخراج النفط، وبالتالي تعزيز كفاءة الإنتاج وربحية الشركة. أبلغت الشركة عن إيرادات قدرها 28.92 مليار دولار في عام 2023.
أفكار ختامية
منع المزيد من ارتفاع حرارة غلاف الأرض ومعالجة تغير المناخ هما أولويتان عالميتان. تم اعتماد إجراءات مختلفة، بما في ذلك التخلص التدريجي من الوقود المسبب للكربون وتحديد أهداف قانونية ملزمة للانبعاثات الصافية صفر. يُعد التقاط وتخزين CO2 حلًا مهمًا آخرًا لتقليل الكربون على كوكبنا.
يمكن تحقيق حجز الكربون هذا بطرق متعددة، حيث تُعد أعماق المحيط موقعًا جذابًا للقيام بذلك. يُعد المحيط مصرفًا للكربون، باستخدام مضخة كربونية حيوية — العوالق النباتية — لنقل CO2 السطحي إلى قاع البحر عبر السلسلة الغذائية، حيث يُخزن على المدى الطويل. كما تساعد المضخات الفيزيائية، المدفوعة بدورات المحيط، في حجز الكربون المذاب.
نظرًا لسعته التخزينية الهائلة وقدرته الطبيعية على امتصاص CO2، إلى جانب عزلها عن الغلاف الجوي، تُعد أعماق المحيط طريقة شائعة لتخزين الكربون. تتراوح التقنيات من حقن CO2 مباشرةً في أعماق المحيط إلى إضافة مغذيات لتحفيز نمو العوالق النباتية واستغلال الضغط العالي ودرجات الحرارة المنخفضة لتكوين هيدرات صلبة.
ومع ذلك، لا يخلو هذا النهج من التحديات، كما يتضح من حالة “Running Tide”، وتظهر قضايا مثل التحمض، التكلفة، المراقبة، التحقق، والاستدامة.
(MSFT )إنه من خلال البحث والتطوير المستمر، كما يفعله باحثو جامعة تكساس، يمكننا العثور على حلول تساعد في تخزين الكربون دون الإضرار بالبيئة. بشكل عام، تُظهر أعماق المحيط خيارًا واعدًا لكنه غير مؤكد لغرض حجز الكربون.
