אנרגיה
פתרונות חלופיים ללכידת CO2
Securities.io מקפיד על סטנדרטים מחמירים של עריכה ועשוי לקבל פיצוי מקישורים שנבדקו. איננו יועצי השקעות רשומים וזה אינו ייעוץ השקעות. אנא עיינו באתר שלנו גילוי נאות.
לכידת CO2 חיונית כדי להצליח להפוך את הנזק שההתחממות הגלובלית עלולה להסב בקרוב לאקלים שלנו. עם זאת, קיים קונפליקט בין מה שהציוויליזציה האנושית רוצה להשיג באופן אידיאלי לבין המציאות בשטח. הסכם פריז סימן מחויבות עולמית לשמור על העלייה בטמפרטורה הממוצעת העולמית הרבה מתחת ל-2 מעלות צלזיוס מעל לרמות הפרה-תעשייתיות.
בעוד שנדרשו מאמצים כנים להגביל את העלייה ל-1.5 מעלות צלזיוס על ידי התרחקות מדלקים מאובנים, תחנות כוח המודלקות על ידי פחם וגז ממשיכות לשלוט במגזר החשמל העולמי, מדווח איגוד האנרגיה הבינלאומי (IEA).
למעשה, למרות הדחף העולמי להתקדם בצורה נמרצת יותר לעבר מקורות אנרגיה מתחדשים, הכוח המופק מדלקים מאובנים גדל ב-70% מאז שנת 2000. הפחם נותר מקור הדלק הגדול ביותר לייצור חשמל, ב-38%, ואחריו גז בשיעור של כ-20%. .
מדיניות המיושמת בעולם מעוניינת להתמודד עם סוגיית הפליטות מתחנות כוח פחמיות קיימות ואלו בבנייה היום. עם זאת, הפחתה או ירידה בפליטת CO2 אינה מבטיחה את היעדר פחמן לוכד חום. IEA מציעה כי גם לאחר שפליטת CO2 מצי הפחם הקיים יורדת בכ-40%, הפליטות השנתיות עדיין תסתכם ב-6 GtCO2 לשנה ב-2040.
בתרחיש כזה, עמידה ביעדי האקלים שלנו לא תתאפשר על ידי הפחתת פליטות בלבד. יידרשו פתרונות חלופיים ללכידת פחמן כך שניתן יהיה לנצל אותו ולאחסן אותו בקנה מידה. אבל, פתרונות אלה יצטרכו להיות קיימא מבחינה הוליסטית, חסכוניים ובני קיימא בטווח הארוך.
לאחרונה, ב כך פורסם מחקר ב-1 במאי בכתב העת ACS Energy Letters, חוקרים ב-CU Boulder ומשתפי פעולה חשפו שגישה פופולרית שמהנדסים רבים חוקרים ללכידת פחמן תיכשל.
עם זאת, צוות החוקרים, הכולל מדענים העובדים במעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת בגולדן, קולורדו, ואוניברסיטת דלפט לטכנולוגיה בהולנד, לא הסתפק בהצבעה על הפגם במערכת הקיימת אלא גם המליץ על חלופה ובת קיימא יותר. פתרון לא רק ללכידת פחמן אלא גם להמיר אותו לדלק.
בקטעים הקרובים נבדוק מה המליץ על הפתרון המקורי, מה היו הפגמים שלו וכיצד ניתן לתקן את הפגמים הללו עם פתרון חלופי!
הפתרון המקורי ללכידת פחמן
לפי הפתרון המקורי, אנו מתייחסים לאחת מגישות לכידת האוויר הישירה הנפוצות ביותר הכוללות מגעי אוויר, שהם מאווררים ענקיים המושכים אוויר לתוך תא מלא בנוזל בסיסי. מכיוון ש-CO2 הוא חומצי באופיו הכימי, הנוזל הבסיסי נקשר אליו ומגיב איתו ליצירת קרבונט או ביקרבונט.
עם CO2 כלוא בקרבונט או ביקרבונט, מהנדסים יכולים להפריד אותו מהנוזל ולהפוך אותו למוצרים כמו פלסטיק, משקאות מוגזים וכו'. אם הקרבונטים והביקרבונטים הללו עוברים עיבוד נוסף, הם יכולים אפילו לשמש כדלק להפעלת בתים ו, פוטנציאל, מטוסים. מצד שני, הנוזל הבסיסי חוזר לתא כדי ללכוד יותר CO2.
למרות שנראה שהפתרון הוא סידור מושלם ללכידת פחמן ולחדש אותו לשימוש נוסף, קיימת בעיה.
לחץ כאן כדי ללמוד כיצד ניהול מתאן עשוי להיות המפתח לעמידה ביעדי האקלים העולמיים.
הבעיה עם הפתרון המקורי
הבעיה נעוצה באיך הקרבונט או הביקרבונט מופרד מהנוזל. שחרור ה-CO2 הכלוא מחייב חברות לחמם את תמיסת הקרבונט והביקרבונט ל-900˚C לפחות (1,652°F). זֶה היא טמפרטורה שמקורות אנרגיה מתחדשים כמו שמש ורוח לא יכולים להשיג. ולכן, השגת טמפרטורה זו דורשת שריפת דלקים מבוססי מאובנים כמו גז טבעי או מתאן טהור.
תוך כדי דיבור על המלכוד הזה חבוי במערכת, ווילסון סמית', פרופסור במחלקה להנדסה כימית וביולוגית ועמית של המכון לאנרגיה מתחדשת ובת קיימא ב-CU Boulder, היה לומר את הדברים הבאים, אשר בעצם מסכמים את הבעיה:
"אם אנחנו צריכים לשחרר CO2 כדי ללכוד CO2, זה מביס את כל המטרה של לכידת פחמן."
הדבר הטוב הוא שהחוקרים הלכו מעבר למשימה שעל הפרק. מלבד הצבעה על הפגמים של המערכת, הם הציעו חלופה שיכולה לרפא את הפער.
התרופה האלטרנטיבית לפתרון המקורי
החוקרים הציעו לפרוס את תהליך הלכידה הריאקטיבי כדי לתקן את הבעיה. עם זאת, הם המליצו להתאים את התחום הקונבנציונלי של תהליך הלכידה הריאקטיבי.
לכידה תגובתית, בצורתה המסורתית, מתייחסת לתהליך שבו מופעל חשמל על תמיסות הקרבונט והביקרבונט, ומפרק את ה-CO2 והנוזל הבסיסי בתא. היא נקראת גם מערכת לולאה סגורה שיכולה ללכוד יותר CO2 בצורתה הנוזלית הממוחזרת.
עם זאת, במקרה זה, החוקרים ציינו חסרון. הוא ראה שבסביבה תעשייתית, החשמל לא יצליח ליצור מחדש את הנוזל הבסיסי כדי ללכוד מחדש יותר CO2 מהאוויר. זה יהיה תהליך כל כך לא יעיל בצורתו המקורית, שאחרי חמישה מחזורים של לכידת פחמן והתחדשות, הנוזל הבסיסי בקושי יצליח למשוך CO2 מהאוויר.
החוקרים המליצו להוסיף אלקטרודיאליזה לתהליך כפתרון. שיטה זו מציעה יתרונות רבים. בעיקר, היא יכולה לפעול על חשמל מתחדש. בנוסף, היא יכולה לפצל יותר מים ליונים חומציים ובסיסיים, ובכך לשמר את יכולתו של הנוזל הבסיסי לספוג יותר CO2. וילסון סמית' כינה את הישג הצוות הזה כ"פתרון בעיות מרובות בטכנולוגיה אחת", ובצדק!
אמנם מתפקידם של החוקרים לחדש פתרונות חדשים ולכוונן את הקיימים כדי להגביר את היעילות, אך גם לחברות ולעסקים יש אחריות, וחברות רבות מצליחות במילוי אחריות זו. בקטעים להלן, נסתכל על כמה חברות כאלה שהגיעו עם פתרונות חדשניים ויעילים בתחום הזה.
לחץ כאן כדי לדעת האם לכידת פחמן באוקיינוסים היא פתרון בר-קיימא.
# 1. גרָפִיט
גרפיט ממצבת את עצמה כפתרון הראשון והיחיד בעולם להסרת פחמן דו-חמצני שהוא עמיד, במחיר סביר וניתן להרחבה באופן מיידי. מבחינת עמידות, גרפיט טוענת שהפתרונות שלה מסוגלים להסיר פחמן דו-חמצני במשך יותר מאלף שנים.
במונחים של סבירות, החברה מספקת את הפתרונות שלה בעלות ייצור מפולסת של פחות מ-100 דולר ארה"ב לטון ו בתחום המדרגיות, החברה טוענת שהיא מסוגלת להרחיב לרמה שבה הסרה של מיליארדי טונות של פחמן היא אפשרות ברת השגה.
השיטה הספציפית של גרפיט עוקב אחר הגישה של יציקת פחמן, הממנפת ביומסה זמינה, כגון שאריות מפעולות עץ וחקלאות. גרפיט מתייבש ודוחס ביומסה זו כדי להפוך אותה לגושי פחמן צפופים. בלוקים אלו מגיעים עם מחסום אטום בטוח לסביבה המבטיח אחסון בטוח באתרים תת קרקעיים חדישים.
בעודו מדבר על השיטה של גרפיט, אמר ברקלי רוג'רס, מייסד ומנכ"ל החברה, את הדברים הבאים:
"יציקת פחמן מאפשרת לטבע לבצע ביעילות את עבודת לכידת ה-CO2, ולאחר מכן ממנפת טכניקות הנדסיות כדי לאגור אותו בטווחי זמן רלוונטיים לאקלים. זהו פתרון שניתן לבצע בכל מקום, שישנה את השוק, וחשוב מכך, שיעזור להציל את כדור הארץ."
יציקת פחמן יכולה להחזיק כמעט את כל הפחמן שנלכד בביומסה וצורכת מעט מאוד אנרגיה. זהו תהליך זול אך עמיד של הסרת פחמן המשלב פוטוסינתזה עם הנדסה מעשית.
הפוטנציאל של גרפיט עזר לה לזכות באמון ובאמינות של קהילת המשקיעים. היא השלימה את סבב גיוס לסדרה א ' עם סך של 30 מיליון דולר. הסבב הובל במשותף על ידי Prelude Ventures ו-Carbon Direct Capital וכלל גם תרומות ממשקיעים נוכחיים כמו Breathable Energy Ventures ו-Overture.
בעוד מיזמים חדשניים במימון הון כמו Graphyte הופיעו עם פתרונות העידן החדש שלהם, ישנן חברות ציבוריות מבוססות כמו Linde שהעזו ללכידת פחמן מבוססת ספיחה והתאוששות פחמן דו-חמצני.
# 2. לינדה
השמיים תמיסת לכידת פחמן מבוססת HISORP® CC, התוספת האחרונה לפורטפוליו של לינדה בתחום לכידת הפחמן, משלימה את טכנולוגיות הספיחה המתנדנדת בלחץ (PSA) והממברנה המוכחות והבדוקות שלה.
תמיסת HISORP CC מפרידה CO2 מגזי תהליך בטווח רחב של ריכוזי הזנת CO2. הוא ממנף מספר טכנולוגיות של Linde, כולל ספיחת תנודת לחץ (PSA), הפרדה קריוגנית ודחיסה, כדי להשיג קצב לכידה של יותר מ-99%, 99.7% ליתר דיוק.
אחד היתרונות הגדולים ביותר של פתרון זה הוא שהוא פועל על אנרגיה המופקת ממקורות מתחדשים. תהליך ההתחדשות אינו דורש קיטור, מה שמבטיח טביעת רגל פחמנית מינימלית.
יתרה מכך, HISORP CC היא טכנולוגיית CAPEX נמוכה ו-OPEX נמוכה עם קצב צריכת אנרגיה ספציפי מינימלי וזמינה כמעט ללא עלות נוספת עבור ניהול ממיסים, איפור, ו טיפול.
Linde הבטיחה שהטכנולוגיה תישאר תואמת ומכילה באופן נרחב, כך שניתן לשלב אותה עם כל הספקטרום של פתרונות Linde, כולל רפורמת מתאן בקיטור (SMR), רפורמה תרמית אוטומטית (ATR), חמצון חלקי (POX), או גיזוז. זה תורם לשילוב במפעלים קיימים וחדשים עבור SMR, POX ו-ATR, אפילו עם ייצור מימן מוגבר.
בשנת 2023 נרשמה לינדה, כחברת גזים והנדסה תעשייתית מובילה בעולם מכירות של 33 מיליארד דולר.
בעוד שחברות מחויבות למטרותיהן, הלמידה והחילופים בין חברות ומוסדות מחקר הם הדדיים. בקטע המסכם, אנו בוחנים מחקר טכנולוגי בתחום זה שיכול לשנות את עתיד לכידת הפחמן על ידי הפיכתה ליעילה ויעילה יותר.
העתיד של לכידת פחמן: כלי עם פוטנציאל טרנספורמטיבי
ביולי 2024, קבוצת חוקרים הציעה פלטפורמה הוליסטית עבור האצת לכידת פחמן על בסיס סורבנט. הם כינו את הפלטפורמה PrISMa, שזה ראשי תיבות של Design Informed Process of Materials Sorbent בהתאמה אישית.
הפלטפורמה ניסתה להפוך את הפריסה בקנה מידה גדול של טכנולוגיות לכידת פחמן ליעילה יותר. הוא הדגיש להביא את הרכיבים המפוצלים ואת מי שמיישמים אותם תחת מטריה.
בעוד כימאים התמקדו בעבר בתכנון חומרים ומהנדסים באופטימיזציה של תהליכים, פלטפורמת PrISMa שילבה חומרים, עיצוב תהליכים, טכנו-כלכלה והערכת מחזור חיים. הוא השווה יותר מ-60 מקרים של לכידת CO2 ממקורות שונים ב-5 אזורים גלובליים תוך שימוש בטכנולוגיות שונות.
לאחר מכן, היא הודיעה בו-זמנית לבעלי עניין שונים על העלות-תועלת של טכנולוגיות, תצורות תהליכים ומיקומים. הוא גם חשף את המאפיינים המולקולריים של חומרי ספיגה בעלי ביצועים גבוהים והציע תובנות מעשיות לגבי השפעות סביבתיות, יתרונות משותפים ופשרות. התפוקה הסופית נועדה לאחד את בעלי העניין בשלב מחקר מוקדם, ולהאיץ את הפיתוח של טכנולוגיית לכידת פחמן במירוץ לעבר עולם אפס נטו.
מדענים האחראים לפיתוח PrISMa, ברנד סמיט מ-EPFL וסוזנה גרסיה מאוניברסיטת הריוט-וואט, אופטימיים מאוד לגבי השימושיות של השיטה בחיים האמיתיים. לדברי פרופסור ברנד סמיט:
"גישה חדשנית זו מאיצה את גילוי החומרים בעלי הביצועים הטובים ביותר ללכידת פחמן, ועולה על שיטות ניסוי וטעייה מסורתיות."
ל-PrISMa פוטנציאל משמעותי לעתיד. על ידי שימוש בנתונים ניסיוניים וסימולציות מולקולריות, הוא יכול לחזות את תכונות הספיחה של חומרים סופגים פוטנציאליים.
בסופו של דבר, הדבר יוביל לקהילת המפתחים להיות מסוגלת לקבל החלטות מושכלות. מאפייני שכבת התהליך של PrISMa מאפשרים למדוד ולבצע השוואה בין ביצועי פתרונות לכידת פחמן על ידי סיוע למדענים בחישוב פרמטרים של ביצועי תהליך, כגון טוהר, התאוששות ודרישות אנרגיה.
פרמטר מכריע אחד שמאפשר או מפספס כל פתרון מדעי או טכנולוגי הוא הכדאיות הכלכלית שלו. Prisma יכולה להעריך את הכדאיות הכלכלית והטכנית של מתקן לכידת פחמן. לבסוף, היא יכולה להעריך את ההשפעות הסביבתיות לאורך כל מחזור החיים של המתקן, ובכך להבטיח קיימות מקיפה.
בסך הכל, PrISMa היא לא פחות ממהפכנית או טרנספורמטיבית.
התחלנו את הדיון שלנו עם פתרון שאומץ באופן נרחב נמצא להיות לא מספק ומונע את עצמו. כעת, כאשר PrISMa עומד לרשות הקהילה המדעית, ניתן יהיה להמציא פתרונות שיהיו יעילים מבחינה סביבתית, ניתנים להרחבה וחסכוניים כבר מהיום האפס.
