علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Using the Oceans to Help Capture Carbon
?How can the deep blue seas fight climate change best
(بقلم: براتشي باتيل – Prachi Patel)
كيف يمكن للبحار الزرقاء العميقة مكافحة تغير المناخ بشكل أفضل؟
ملخص المقالة:
تمتص المحيطات ربع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية ويزيد تركيز الكربون في مياهها 150 مرة عن تركيزه في الغلاف الجوي، وتؤدي إزالته إلى إتاحة المجال للمحيطات لامتصاص المزيد. وقبالة رصيف ميناء لوس أنجلوس، توجد بارجة تمكن شركتين من اختبار فكرة جديدة جريئة لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، عن طريق امتصاصه من البحار. وتملك احدى الشركتين منشأة أخرى مماثلة في سنغافورة تستطيع إزالة 100 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون من مياه البحر يوميًا، وتخطط لتشغيل وحدة أخرى هناك بطاقة 10 أطنان يوميًا بحلول عام 2025، حيث من المتوقع إزالة ملايين الأطنان من ثاني أكسيد الكربون سنويًا بحلول عام 2028. وبحلول أوائل الخريف، ستبدأ الشركة الثانية الناشئة في تشغيل معمل أرضي بطاقة 100 طن سنويًا أيضًا في موقع معهد “ألتاسي”، حيث تقوم باختبار نظام أصغر بقدرة طن واحد سنويًا في نيوبورت بيتش، كاليفورنيا، منذ أغسطس 2022. وتقول الشركتان إنهما قادرتان على إزالة الكربون من المحيطات مقابل حوالي 100 دولار للطن، حيث تساعد طاقة الرياح البحرية اقتصاديات العملية.
( المقالة )
قبالة رصيف ميناء لوس أنجلوس، تطفو منذ منتصف أبريل (2023) بارجة زرقاء طولها 100 قدم تحمل أقفاصًا معدنية كبيرة وخزانات ومعدات إلكترونية ومجموعة من الأنابيب والأسلاك. ويخص الرصيف معهد “ألتاسي” (AltaSea) لأبحاث المحيطات، والبارجة مملوكة لشركة “إكواتيك” (Equatic)، التي تختبر فكرة جديدة جريئة لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، عن طريق امتصاصه من البحار.
إن المحيطات عبارة عن إسفنجة كربونية ضخمة، فهي تمتص ربع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية. وتؤدي إزالة الغاز إلى إتاحة المجال للمحيطات لامتصاص المزيد. وتعمل منشأة “إيكواتيك” في لوس أنجلوس ومنشأة أخرى مماثلة في سنغافورة على إزالة 100 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون من مياه البحر يوميًا. وتخطط الشركة لتشغيل وحدة بطاقة 10 أطنان يوميًا بحلول عام 2025 في سنغافورة، وتتوقع إزالة ملايين الأطنان من ثاني أكسيد الكربون سنويًا بحلول عام 2028.
ولن يبقى مشروع “إيكواتيك” التجريبي بمفرده لفترة طويلة. وبحلول أوائل الخريف، ستبدأ شركة “كابتشورا” الناشئة في تشغيل معمل أرضي بطاقة 100 طن سنويًا أيضًا في “ألتاسي”. وتقوم شركة “كابتشورا” باختبار نظام أصغر بقدرة طن واحد سنويًا في نيوبورت بيتش، كاليفورنيا، منذ أغسطس 2022، وهو واحد من 15 فائزًا بارزًا تم الإعلان عنهم في الربيع الماضي بواسطة مسابقة “اكس برايز” لإزالة الكربون (XPrize Carbon Removal)، وهو واحد من ثلاث منصات فقط تعتمد على المحيطات لإزالة الكربون.
يوجد الكربون في مياه المحيطات بتركيز يزيد 150 مرة عن تركيزه في الغلاف الجوي.
وقد أصبحت فكرة سحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء سائدة في الآونة الأخيرة فقط. ويجري تنفيذ حوالي أربعة وعشرين مشروعًا للإلتقاط المباشر من الهواء في جميع أنحاء العالم، وفي الأسبوع الماضي (الاسبوع الأول من شهر اغسطس) أعلنت إدارة الرئيس الأمريكي بايدن عن الفائزين الأوائل بمحفظتها البالغة 3.5 مليار دولار أمريكي لهذه التقنية. ومع ذلك، تظل إزالة الكربون مثيرة للجدل، حيث وصفت لجنة تابعة للأمم المتحدة مؤخرًا هذا النهج بأنه “غير مبرهن”.
وبالمقارنة مع الالتقاط من الهواء، فإن الالتقاط المباشر من المحيط (DOC) يعد منطقة أقل رسمًا. ولكن شركات “إيكواتيك” و”كابتشورا” وآخرين يحاولون إثبات جدوى هذا المفهوم بدعم من مبادرة “تشان زوكربيرغ”، ومؤسسة “غيتس”، وشركات النفط والغاز، ووكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة – الطاقة (ARPA-E). ويقول ستيف أولدهام، الرئيس التنفيذي لشركة “كابتشورا”، إن سحب الكربون من مياه المحيط، حيث يوجد بتركيز أعلى 150 مرة من الغلاف الجوي، يعد أكثر كفاءة من الإلتقاط من الهواء. ويتجنب الالتقاط المباشر من المحيط أيضًا استخدام الأراضي الثمينة، ويمكن أن يزاوَج مع طاقة الرياح البحرية، ويسمح بالوصول بسهولة إلى مواقع تخزين ثاني أكسيد الكربون في المحيطات.
وتقول الشركتان إنهما قادرتان على إزالة الكربون من المحيطات مقابل حوالي 100 دولار للطن، وهو هدف وزارة الطاقة الأمريكية في مبادرتها الرامية إلى تحقيق هدف سلبي للكربون. ويقول أولدهام: “طريقتنا تستخدم المحيط ببساطة كقناة لإزالة الكربون”. ويتابع: “إن الجمع بين الطبيعة والتقنية أمر قوي للغاية، فهو يضيف قابلية التوسع ويمهد الطريق نحو التكلفة المنخفضة”.
كيف يعمل الالتقاط المباشر من المحيط؟
تعمل طريقة “كابتشورا” مثل محطة تحلية كبيرة. فهي تسحب مياه البحر باستمرار، وتفصل 1% منها لتحويلها إلى محلول ملحي مركز، والذي تضعه الشركة من خلال آلة التحليل الكهربائي الخاصة بها. ويقوم التحليل الكهربائي، وهو عملية تستخدم في العديد من الصناعات بما في ذلك تحلية المياه، بإرسال المياه من خلال سلسلة من الأغشية المكهربة (باستخدام الطاقة المتجددة في حالة “كابتشورا”). ويفصل كل غشاء جزيئات مختلفة عن الماء، والتي تشكل محاليل حمضية وقلوية. وينتقل الحمض إلى مياه المحيط المتبقية، حيث يؤدي إلى تفاعل مع أيونات البيكربونات، مما يؤدي إلى خروج فقاعات ثاني أكسيد الكربون. ثم تقوم الشركة بإضافة القلويات مرة أخرى إلى الماء لتحييده قبل إطلاقه.
ويقول أولدهام، الذي كان الرئيس التنفيذي لشركة الالتقاط المباشر من الهواء “كاربون انجينيرنغ” (Carbon Engineering) قبل الانضمام إلى “كابتشورا” في عام 2022: “إن الأغشية والطلاءات وتصميم المكدس الخاص بنا يوفر تحسينًا بنسبة 7 إلى 10 مرات على أحدث تقنيات التحليل الكهربائي اليوم، مما يمكّن الاقتصاديات (المترجم: أي اقتصاديات العملية)”.
ويعتمد الالتقاط المباشر من الهواء عادةً على مراوح كبيرة تنفخ الهواء فوق مواد باهظة الثمن تمتص ثاني أكسيد الكربون. ويقول أولدهام إن الالتقاط المباشر من المحيط يتمتع بميزة متأصلة كبيرة على ذلك: المحيط، وهو ماص طبيعي عملاق. ويتابع: “ليس علينا أن نبني آلات تلامس الهواء، ولا توجد مواد ماصة، ولا توجد منتجات ثانوية للتخلص منها”. ويضيف أنه إلى جانب تكلفة تنقية المياه، فإن الطاقة المستخدمة في الضخ والتحليل الكهربائي هي التكلفة الأكبر، لكنها لا تزال أقل بكثير من تقنيات الالتقاط من الهواء الحالية.
وفي الوقت نفسه، وفي معهد ماساتشوستس للتقنية، ابتكر أستاذ الهندسة الكيميائية البروفيسور تي. آلان هاتون، وأستاذ الهندسة الميكانيكية البروفيسور كريبا فاراناسي، وزملاؤهما تقنية الالتقاط المباشر من المحيط التي تقلل من استخدام الأغشية، مما يجعلها أبسط وأرخص من التحليل الكهربائي.
ويرسل نظام “التدفق التفاعلي” الماء عبر خليتين كهروكيميائيتين جنبًا إلى جنب. ففي الخلية الأولى، يطلق قطب البزموت البروتونات التي تفصل ثاني أكسيد الكربون عن الكربونات والبيكربونات الموجودة في الماء، بينما يطلق قطب كلوريد الفضة أيونات الكلوريد لموازنة الشحنة. وتقوم غرفة مفرغة بسحب فقاعات ثاني أكسيد الكربون من الماء أثناء مرورها إلى الخلية الثانية، حيث يتم عكس التفاعلات قبل إطلاق الماء في المحيط.
وقد استحوذت تقنية معهد ماساتشوستس للتقنية أيضًا على اهتمام وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة – الطاقة وتمويلها. ويقول البروفيسور فاراناسي إنهم يبحثون الآن عن مواد أقطاب كهربائية أخرى يحتمل أن تكون أكثر كفاءة، ويعملون على بديل منخفض الطاقة لإزالة فراغية لسحب ثاني أكسيد الكربون. ويتابع: “في الأساس، لا شيء ينبغي أن يمنعنا من التوسع. يمكننا أيضًا نشر نظامنا في محطات تحلية المياه وعلى السفن التي لديها بالفعل مضخات وبنية تحتية أخرى لنقل مياه المحيط لتقليل التكلفة”.
ويقول الرئيس التنفيذي لشركة “إيكواتيك” إدوارد ساندرز إن التكلفة وقابلية التوسع هما في مقدمة ومركز خطط شركة “إيكواتيك” الخاصة بتقنيتها. وتستخدم الشركة الناشئة عملية كهروكيميائية بسيطة، حيث تمرر تيارًا كهربائيًا ويغلي الهواء الجوي عبر مياه البحر لتحفيز التفاعلات الكيميائية التي تنتج كربونات الكالسيوم المعدنية وأيونات بيكربونات ثاني أكسيد الكربون المخزنة وغاز الهيدروجين. ويتم تمرير المياه الحمضية على صخور مكسرة لاستعادة رقمها الهيدروجيني قبل تصريفها.
وتستهلك العملية حوالي 2.2 ميغاوات/ساعة من الطاقة لكل طن من ثاني أكسيد الكربون المُزال. ولكن ما يقرب من نصف تكلفة الطاقة هذه يتم تعويضها عن طريق إنتاج 35 كيلوجرامًا من الهيدروجين لكل طن من ثاني أكسيد الكربون. ووقعت شركة “بوينغ” صفقة في شهر يونيو الماضي لشراء 2100 طن متري من الهيدروجين الأخضر من شركة “إيكواتيك” لاستخدامها في وقود الطيران المستدام.
ويقول ساندرز إن التوسع في الإنتاج بما يتجاوز 100 ألف طن سنويًا سيعتمد على زيادة القدرة على تصنيع المحلل الكهربائي. ويضيف إن المحللات الكهربائية تُصنع عادةً للمياه النقية، ويعتبر التحليل الكهربائي للمياه المالحة جديدًا نسبيًا. وتقوم شركة “إيكواتيك” باستخدام تقنية مملوكة لها لتصنيع أقطاب مطلية كهربائيا ومتينة في تلك البيئة.
ومع مضي الشركات والمستثمرين قدماً في مشاريع الالنقاط المباشر من المحيط، تدعو المنظمات البيئية إلى ضرورة توخي الحذر. وسيكون من المهم أن تمضي تقنيات إزالة الكربون من المحيطات قدما بشكل مسؤول و “ألا تعرض للخطر صحة النظم البيئية للمحيطات أو أولئك الذين يعتمدون عليها (أي على النظم البيئية)”، وفقا لمعهد الموارد العالمية.
ويقول مارك سبالدينغ، رئيس مؤسسة المحيط (Ocean Foundation)، إن أزمة المناخ “واضحة وخطيرة للغاية لدرجة أننا نحتاج إلى إزالة الكربون من المحيطات”. ولكن هناك طرقًا طبيعية ومثبتة للقيام بذلك، مثل الحفاظ على الأعشاب البحرية واستعادتها أو نمو عشب البحر. ويتابع إن تقنيات الالتقاط المباشر من المحيط الكهروكيميائية تحتوي ببساطة على الكثير من الأشياء المجهولة التي لا يمكن إنفاق ميزانيات بحثية محدودة عليها، نظرًا لضيق الوقت المتاح لدينا. ويضيف: “دعونا ننفق على الأشياء التي لديها إمكانات أكبر للنجاح وعدم وجود عواقب غير مقصود”.
وتتغير كيمياء المحيطات بسرعة بالفعل نتيجة لامتصاص ثاني أكسيد الكربون في الماء، مما يخلق بيئة أكثر حمضية. ويقول سبالدينغ إن أي عملية كيميائية أو تحليل كهربائي قد تؤثر عن غير قصد على الكيمياء المحلية ودرجة الحموضة في المحيط. ويضيف: “هل سيؤدي ذلك إلى تقليل التحمض لأننا نجحنا في التخلص من ثاني أكسيد الكربون، أم أن شيئًا نقوم به يسبب مشكلة أخرى؟ هل هناك أي آثار جانبية؟ نحن حقا لا نستطيع تحمل الأخطاء”.
ويؤكد كل من ساندرز وأولدهام والبروفيسور هاتون على أن التقنيات الخاصة بهم للالتقاط المباشر من المحيط لا تضيف أي مواد كيميائية إلى مياه المحيط يمكن أن تضر بالحياة البحرية. ولكن الاختبارات التجريبية لهذه التقنيات ستكون الطريقة الوحيدة لمعرفة مدى أمانها.
ويقول أولدهام: “إننا نحتفظ بكيمياء مياه المحيط عندما تخرج من المعمل. سترى زيادة طفيفة في مستوى الرقم الهيدروجيني لأننا أخرجنا ثاني أكسيد الكربون من المحيط مما يخلق قلوية أعلى قليلاً، ولكن ذلك ينتشر بسرعة في المحيط الأوسع. ونتوقع أنه على بعد عشرات الأمتار من التدفق الخارجي للمحطة، ستعود جميع مياه المحيط إلى كيميائها الطبيعية. ولا نتوقع أي عواقب بيئية سلبية على التدفق إلى الخارج. لدينا عالِم محيطات ضمن فريق العمل ونحن كتاب مفتوح”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://spectrum.ieee.org/direct-ocean-carbon-capture
