پرش به محتوا

جداسازی مستقیم کربن از هوا: تفاوت میان نسخه‌ها

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
تفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
ایجاد شده به‌واسطهٔ ترجمهٔ صفحهٔ «Direct air capture»
برچسب‌ها: افزودن شکلک برخی خطوط با فاصله آغاز شده‌اند افزودن پیوند بیرونی به جای ویکی‌پیوند [محتوا] [محتوا ۲]
(بدون تفاوت)

نسخهٔ ‏۲۷ فوریهٔ ۲۰۲۴، ساعت ۱۰:۰۴

Flow diagram of direct air capture process using sodium hydroxide as the absorbent and including solvent regeneration.
نمودار فرآیند جذب مستقیم کربن از هوا با استفاده از هیدروکسید سدیم به عنوان جاذب و بازسازی مجدد آن

جدا سازی مستقیم کربن از هوا یا ترسیب کربن (به اگلیسی: Direct Air Capture)، استفاده از فرآیندهای شیمیایی یا فیزیکی برای استخراج مستقیم دی اکسید کربن از هوای محیط است.[۱] اگر پس از استخراج دی‌اکسید کربن، آن را در سامانه های ذخیره‌سازی طولانی‌مدت و امن (به نام Direct Air carbon Capture and Sequestration (DACCS)) ذخیره نمایند، کل فرآیند منجر به حذف دی‌اکسید کربن خواهد رسید که یک «فناوری انتشار منفی» (به انگلیسی: Negative Emissions Technology) خواهد بود.

دی اکسید کربن (CO2) fi x,v مستقیم از هوای محیط گرفته می شود که این در تضاد با جذب و ذخیره کربن (CCS) از منابع انتشار نقطه ای یا محلی مانند کارخانه سیمان یا نیروگاه های انرژی زیستی است. پس از استخراج، یک جریان غنی از CO2 برای جداسازی یا استفاده یا تولید سوخت بدون کربن تولید می شود. حذف دی اکسید کربن زمانی حاصل می شود که هوای محیط با مواد شیمیایی، به طور معمول یک حلال قلیایی آبی[۲] یا جاذب[۳]، تماس پیدا کند. این مواد شیمیایی پس از انجام کار، از طریق اعمال انرژی گرمایی از CO2 پاک می‌شوند و در نتیجه جریان CO2 باقی می ماند که می‌تواند پس از حذف آب (آّ زدایی)، فشرده‌سازی گردد، در حالی که به طور همزمان مواد شیمیایی برای استفاده مجدد آماده سازی می‌شوند.

هنگامی که جداسازی CO2 با ذخیره طولانی مدت آن همراه باشد، فرآیند جذب و ذخیره مستقیم کربن از هوا شناخته می شود (DACCS یا DACS).[۴] این فرآیند به تامین انرژی پایدار نیاز دارد زیرا به ازای هر مول جذب CO2، حدود 400 کیلوژول، انرژی مورد نیاز است.جذب و ذخیره مستقیم کربن می تواند به عنوان یک مکانیسم حذف دی اکسید کربن از اتمسفر (یا یک فناوری کربن منفی) عمل کند. اگرچه این فرآیند تا سال 2023 هنوز در تجارت انتشار گازهای گلخانه ای ادغام نشده است، زیرا با هزینه بیش از 1000 دلار آمریکا[۵] برای هر تن دی اکسید کربن، چندین برابر قیمت کربن در آن بازارها است.[۶]

جداسازی مستقیم کربن در سال 1999 ارائه شد و هنوز در حال توسعه است.[۷] چند ین کارخانه تجاری در اروپا و ایالات متحده برنامه ریزی شده اند و یا در حال فعالیت هستند اما استقرار سامانه های مقیاس بزرگ ممکن است زمانی که با برنامه‌های اقتصادی یا مشوق‌ها مرتبط شوند، تسریع شود.

برخلاف جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCS) که انتشار گازهای گلخانه‌ای را از یک منبع نقطه‌ای مانند کارخانه ضبط می‌کند، جداسازی مستقیم، غلظت دی‌اکسید کربن را در جو به طور کلی کاهش می‌دهد.[۸] به طور معمول، CCS برای منابع بزرگ و ثابت CO2، به جای منابع پراکنده و متحرک توصیه می شود. اما برعکس آن، جداسازی مستقیم هیچ محدودیتی در منابع ندارد.[۹]ر

روش های جداسازی

آژانس بین‌المللی انرژی از رشد ظرفیت عملیات جهانی جذب مستقیم هوا خبر داد.

بیشتر روش های تجاری به فن‌های بزرگی نیاز دارند تا هوای محیط را از فیلتر عبور دهند. اخیراً، شرکتی مستقر در ایرلند به نامCarbon Collect Limited،[۱۰] روشی را موسوم به MechanicalTree™ توسعه داده است که به سادگی در برابر باد احداث می شود تا CO2 را جذب کند. این شرکت ادعا می کند که این روش جداسازی گرفتن غیرفعال CO2، به طور قابل توجهی هزینه انرژی مصرفی برای جذب مستقیم هوا را کاهش می دهد و هندسه آن باعث امکان جذب در مقیاس گیگاتن می شود.

بیشتر تکنیک‌های تجاری از یک حلال مایع، معمولاً مبتنی بر آمین یا قلیا برای جذب CO2 از گازها استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، یک حلال رایج قلیایی، هیدروکسید سدیم است که با CO2 واکنش می دهد و کربنات سدیم پایدار را رسوب می دهد. این کربنات برای تولید جریان گاز CO2 بسیار خالص گرم می شود.[۱۱][۱۲] هیدروکسید سدیم را می توان از کربنات سدیم در فرآیند سوزاندن بازیافت کرد.[۱۳] روش جایگزینی دیگر آن است که CO2 در فرآیند جذب شیمیایی به جاذب جامد متصل می شود.[۱۴] سپس از طریق اعمال گرما و خلاء، دی اکسید کربن به صورت جامد دفع می شود.[۱۵][۱۶]

در میان فرآیندهای شیمیایی مخصوص این موضوع، سه مورد برجسته هستند: سوزاندن با هیدروکسیدهای قلیایی، کربناته شدن[۱۷] و جاذب های هیبریدی آلی-غیر آلی متشکل از آمین های پشتیبانی شده در جاذب های متخلخل.[۱۸]

روش های دیگر تحقیقاتی

ایده استفاده از بسیاری از اسکرابرهای کوچک پراکنده DAC - مشابه گیاهان زنده - برای ایجاد کاهش قابل توجه سطوح CO2 در محیط زیست، نام این فناوری را به عنوان درختان مصنوعی در رسانه ها به خود اختصاص داده است. [۱۹] [۲۰] [۲۱]

جاذب نوسان رطوبت

در یک فرآیند چرخه ای که در سال 2012 توسط پروفسور کلاوس لاکنر، مدیر مرکز انتشار کربن منفی CNCE (Center for Negative Carbon Emissions) طراحی شد، CO2 رقیق را می توان به طور موثر با استفاده از رزین پلیمری تبادل آنیونی به نام Marathon MSA که دی اکسیر کربن هوا را در هنگام خشک شدن جذب و هنگام قرار گرفتن در معرض رطوبت، آزاد می کند، جدا کرد. بخش بزرگی از انرژی برای فرآیند توسط گرمای نهان تغییر فاز آب تامین می شود.[۲۲] این فناوری به تحقیقات بیشتری برای تعیین مقرون به صرفه بودن آن نیاز دارد.[۲۳] [۲۴] [۲۵]

ساختارهای فلزی-آلی

مواد دیگری که می توان از آنها برای جداسازی استفاده کرد، موارد دارای ساختار فلزی-آلی (یا Metal-organic frameworks) هستند.[۲۶]

غشا (ممبران)

جداسازی غشایی CO2 بر روی غشاهای نیمه تراوا تکیه دارد. این روش به آب کمی نیاز دارد و مساحت تاسیسات مورد نیاز برای آن کوچکتر است.[۲۷] به طور معمول از غشاهای پلیمری، شیشه ای یا لاستیکی، برای جذب مستقیم کربن از هوا استفاده می شود. غشاهای شیشه ای معمولاً گزینش پذیری بالایی نسبت به دی اکسید کربن نشان می دهند. با این حال، آن ها همچنین نفوذپذیری پایین تری هم دارند. جذب غشایی دی اکسید کربن هنوز در حال توسعه است و قبل از اینکه بتوان آن را در مقیاس بزرگتر اجرا کرد، به تحقیقات بیشتری نیاز دارد.[۲۸]

تاثیرات زیست محیطی

طرفداران فن آوری جداسازی کربن از هوا استدلال می کنند که این یک جزء ضروری برای کاهش تغییرات آب و هوایی است.[۲۹][۳۰][۳۱] محققان بر این باورند که جداسازی می تواند به اهداف توافق پاریس (یعنی محدود کردن افزایش میانگین دمای جهانی به کمتر از 2 درجه سانتی گراد بالاتر از سطوح قبل از صنعتی شدن) کمک کند.

با این حال، برخی دیگر ادعا می‌کنند که تکیه بر این فناوری خطرناک است و ممکن است کاهش انتشار را با این تصور به تعویق بیاندازد که بعداً می‌توان مشکل را برطرف کرد[۳۲][۳۳] و پیشنهاد می‌کنند که کاهش انتشار ممکن است راه‌حل بهتری باشد.[۳۴][۳۵]

جداسازی کربن از هوا با تکیه بر جذب مبتنی بر آمین، نیاز به آب مصرفی قابل توجهی دارد. تخمین زده شد که برای جذب 3.3 گیگا تن CO2 در سال، 300 کیلومتر مکعب آب نیاز دارد. از سوی دیگر، استفاده از هیدروکسید سدیم به آب بسیار کمتری نیاز دارد، اما خود این ماده بسیار قلیایی و خطرناک است.[۳۶]

همچنین جداسازی کربن به دلیل غلظت کم CO2 در مقایسه با جذب سنتی از منابع نقطه‌ای، مانند گاز دودکش کارخانه ها، به انرژی مصرفی بسیار بیشتری نیاز دارد.[۳۷][۳۸] حداقل انرژی مورد نیاز برای استخراج CO2 از هوای محیط، حدود 250 کیلووات ساعت در هر تن CO2 است، در حالی که جذب از نیروگاه های گاز طبیعی و زغال سنگی به ترتیب به حدود 100 و 65 کیلووات ساعت در هر تن CO2 نیاز دارد.[۳۹] به دلیل این تقاضای ضمنی برای انرژی، برخی استفاده از "نیروگاه های هسته ای کوچک" متصل به تاسیسات جداسازی کربن را پیشنهاد کرده اند.[۴۰]

هنگامی که جداسازی کربن با یک سیستم جذب و ذخیره کربن (CCS) ترکیب می شود، می تواند تاسیسات انتشار منفی تولید کند، اما این امر مستلزم یک منبع برق بدون کربن است. استفاده از هر گونه الکتریسیته تولید شده با سوخت فسیلی، در نهایت منجر به انتشار CO2 بیشتری نسبت به جذب آن در جو می شود.[۴۱] علاوه بر این، استفاده از DAC برای افزایش بازیابی نفت، هرگونه مزیت احتمالی کاهش آب و هوا را منتفی می کند.[۴۲][۴۳]

هزینه ها

یکی از بزرگترین موانع اجرای تاسیسات جداسازی کربن از هوا، هزینه آن است. تا سال 2023 تخمین زده می شود که هزینه کل سیستم بیش از 1000 دلار به ازای هر تن CO2 جداسازی شده باشد. استقرار DAC در مقیاس بزرگ را می توان با سیاست های مشوق تسریع کرد.

  1. ↑ "SAPEA, Science Advice for Policy by European Academies. (2018). Novel carbon capture and utilisation technologies: research and climate aspects Berlin" (PDF). SAPEA. 2018. doi:10.26356/carboncapture. Archived from the original (PDF) on 26 August 2019. Retrieved 30 August 2019. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  2. ↑ Keith, David W.; Holmes, Geoffrey; St. Angelo, David; Heide, Kenton (June 7, 2018). "A Process for Capturing CO2 from the Atmosphere". Joule. 2 (8): 1573–1594. doi:10.1016/j.joule.2018.05.006.
  3. ↑ Beuttler, Christoph; Charles, Louise; Wurzbacher, Jan (21 November 2019). "The Role of Direct Air Capture in Mitigation of Anthropogenic Greenhouse Gas Emissions". Frontiers in Climate. 1: 10. doi:10.3389/fclim.2019.00010.
  4. ↑ Quarton, Christopher J.; Samsatli, Sheila (1 January 2020). "The value of hydrogen and carbon capture, storage and utilisation in decarbonising energy: Insights from integrated value chain optimisation" (PDF). Applied Energy. 257: 113936. Bibcode:2020ApEn..25713936Q. doi:10.1016/j.apenergy.2019.113936. S2CID 208829001.
  5. ↑ "Carbon-dioxide-removal options are multiplying". The Economist. ISSN 0013-0613. Retrieved 2023-11-21.
  6. ↑ "The many prices of carbon dioxide". The Economist. ISSN 0013-0613. Retrieved 2023-11-22.
  7. ↑ Sanz-Pérez, Eloy S.; Murdock, Christopher R.; Didas, Stephanie A.; Jones, Christopher W. (12 October 2016). "Direct Capture of carbon dioxide from Ambient Air". Chemical Reviews. 116 (19): 11840–11876. doi:10.1021/acs.chemrev.6b00173. PMID 27560307.
  8. ↑ Erans, María; Sanz-Pérez, Eloy S.; Hanak, Dawid P.; Clulow, Zeynep; Reiner, David M.; Mutch, Greg A. (2022). "Direct air capture: process technology, techno-economic and socio-political challenges". Energy & Environmental Science (به انگلیسی). 15 (4): 1360–1405. doi:10.1039/D1EE03523A. hdl:10115/19074. ISSN 1754-5692. S2CID 247178548.
  9. ↑ Erans, María; Sanz-Pérez, Eloy S.; Hanak, Dawid P.; Clulow, Zeynep; Reiner, David M.; Mutch, Greg A. (2022). "Direct air capture: process technology, techno-economic and socio-political challenges". Energy & Environmental Science (به انگلیسی). 15 (4): 1360–1405. doi:10.1039/D1EE03523A. hdl:10115/19074. ISSN 1754-5692. S2CID 247178548.
  10. ↑ "Carbon Collect's MechanicalTree selected for US Department of Energy award". ASU News (به انگلیسی). 2021-07-02. Retrieved 2021-12-09.
  11. ↑ "Direct Air Capture of CO2 with Chemicals: A Technology Assessment for the APS Panel on Public Affairs" (PDF). APS physics. 1 June 2011. Archived (PDF) from the original on 2019-09-03. Retrieved 2019-08-26.
  12. ↑ Chalmin, Anja (2019-07-16). "Direct Air Capture: Recent developments and future plans". Geoengineering Monitor (به انگلیسی). Archived from the original on 2019-08-26. Retrieved 2019-08-27.
  13. ↑ Sanz-Pérez, Eloy S.; Murdock, Christopher R.; Didas, Stephanie A.; Jones, Christopher W. (2016). "Direct Capture of CO2 from Ambient Air". Chemical Reviews. 116 (19): 11840–11876. doi:10.1021/acs.chemrev.6b00173. PMID 27560307. S2CID 19566110.
  14. ↑ Smit, Berend; Reimer, Jeffrey A.; Oldenburg, Curtis M.; Bourg, Ian C (2014). Introduction to carbon capture and sequestration. London: Imperial College Press. ISBN 9781783263295. OCLC 872565493.
  15. ↑ Chalmin, Anja (2019-07-16). "Direct Air Capture: Recent developments and future plans". Geoengineering Monitor (به انگلیسی). Archived from the original on 2019-08-26. Retrieved 2019-08-27.
  16. ↑ Service, Robert (7 June 2018). "Cost plunges for capturing carbon dioxide from the air". Science. doi:10.1126/science.aau4107. S2CID 242097184.
  17. ↑ Nikulshina, V.; Ayesa, N.; Gálvez, M.E.; Steinfeld, A. (July 2008). "Feasibility of Na-based thermochemical cycles for the capture of CO2 from air—Thermodynamic and thermogravimetric analyses". Chemical Engineering Journal. 140 (1–3): 62–70. doi:10.1016/j.cej.2007.09.007.
  18. ↑ Sanz-Pérez, Eloy S.; Murdock, Christopher R.; Didas, Stephanie A.; Jones, Christopher W. (12 October 2016). "Direct Capture of carbon dioxide from Ambient Air". Chemical Reviews. 116 (19): 11840–11876. doi:10.1021/acs.chemrev.6b00173. PMID 27560307.
  19. ↑ Freitas RA Jr. Diamond Trees (Tropostats): A Molecular Manufacturing Based System for Compositional Atmospheric Homeostasis. IMM Report No. 43, 10 Feb 2010; http://www.imm.org/Reports/rep043.pdf.
  20. ↑ Biello, David (2013-05-16). "400 PPM: Can Artificial Trees Help Pull CO2 from the Air?". Scientific American (به انگلیسی). Archived from the original on 2019-09-04. Retrieved 2019-09-04.
  21. ↑ Burns, Judith (2009-08-27). "'Artificial trees' to cut carbon". BBC News | Science & Environment (به انگلیسی). Archived from the original on 2017-08-14. Retrieved 2019-09-06.
  22. ↑ Lackner, Klaus S. (1 February 2013). "The thermodynamics of direct air capture of carbon dioxide". Energy. 50: 38–46. doi:10.1016/j.energy.2012.09.012.
  23. ↑ "Carbon Capture". Lenfest Center for Sustainable Energy. Archived from the original on 2012-12-20. Retrieved 2019-09-06.
  24. ↑ Biello, David (2013-05-16). "400 PPM: Can Artificial Trees Help Pull CO2 from the Air?". Scientific American (به انگلیسی). Archived from the original on 2019-09-04. Retrieved 2019-09-04.
  25. ↑ Schiffman, Richard (2016-05-23). "Why CO2 'Air Capture' Could Be Key to Slowing Global Warming". Yale E360 (به انگلیسی). Archived from the original on 2019-09-03. Retrieved 2019-09-06.
  26. ↑ Yarris, Lynn (2015-03-17). "A Better Way of Scrubbing CO2". News Center (به انگلیسی). Archived from the original on 2017-12-25. Retrieved 2019-09-07.
  27. ↑ Smit, Berend; Reimer, Jeffrey A.; Oldenburg, Curtis M.; Bourg, Ian C (2014). Introduction to carbon capture and sequestration. London: Imperial College Press. ISBN 9781783263295. OCLC 872565493.
  28. ↑ Castro-Muñoz, Roberto; Zamidi Ahmad, Mohd; Malankowska, Magdalena; Coronas, Joaquín (2022-10-15). "A new relevant membrane application: CO2 direct air capture (DAC)". Chemical Engineering Journal (به انگلیسی). 446: 137047. doi:10.1016/j.cej.2022.137047. hdl:10261/280157. ISSN 1385-8947. S2CID 248930982.
  29. ↑ "Science Advice for Policy by European Academies. (2018). Novel carbon capture and utilisation technologies: Research and climate aspects Berlin". SAPEA. 2018. doi:10.26356/carboncapture. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  30. ↑ Service, Robert (7 June 2018). "Cost plunges for capturing carbon dioxide from the air". Science. doi:10.1126/science.aau4107. S2CID 242097184.
  31. ↑ Schiffman, Richard (2016-05-23). "Why CO2 'Air Capture' Could Be Key to Slowing Global Warming". Yale E360 (به انگلیسی). Archived from the original on 2019-09-03. Retrieved 2019-09-06.
  32. ↑ "Direct Air Capture (Technology Factsheet)" (PDF). Geoengineering Monitor (به انگلیسی). 2018-05-24. Archived (PDF) from the original on 2019-08-26. Retrieved 2019-08-27.
  33. ↑ Ranjan, Manya; Herzog, Howard J. (2011). "Feasibility of air capture". Energy Procedia. 4: 2869–2876. doi:10.1016/j.egypro.2011.02.193.
  34. ↑ "Direct Air Capture of CO2 with Chemicals: A Technology Assessment for the APS Panel on Public Affairs" (PDF). APS physics. 1 June 2011. Archived (PDF) from the original on 2019-09-03. Retrieved 2019-08-26.
  35. ↑ Vidal, John (2018-02-04). "How Bill Gates aims to clean up the planet". The Observer (به انگلیسی). ISSN 0029-7712. Archived from the original on 2020-01-03. Retrieved 2019-08-26.
  36. ↑ "Direct Air Capture (Technology Factsheet)" (PDF). Geoengineering Monitor (به انگلیسی). 2018-05-24. Archived (PDF) from the original on 2019-08-26. Retrieved 2019-08-27.
  37. ↑ "Direct Air Capture of CO2 with Chemicals: A Technology Assessment for the APS Panel on Public Affairs" (PDF). APS physics. 1 June 2011. Archived (PDF) from the original on 2019-09-03. Retrieved 2019-08-26.
  38. ↑ Ranjan, Manya; Herzog, Howard J. (2011). "Feasibility of air capture". Energy Procedia. 4: 2869–2876. doi:10.1016/j.egypro.2011.02.193.
  39. ↑ "Science Advice for Policy by European Academies. (2018). Novel carbon capture and utilisation technologies: Research and climate aspects Berlin". SAPEA. 2018. doi:10.26356/carboncapture. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  40. ↑ "Direct Air Capture (Technology Factsheet)" (PDF). Geoengineering Monitor (به انگلیسی). 2018-05-24. Archived (PDF) from the original on 2019-08-26. Retrieved 2019-08-27.
  41. ↑ Ranjan, Manya; Herzog, Howard J. (2011). "Feasibility of air capture". Energy Procedia. 4: 2869–2876. doi:10.1016/j.egypro.2011.02.193.
  42. ↑ "Direct Air Capture (Technology Factsheet)" (PDF). Geoengineering Monitor (به انگلیسی). 2018-05-24. Archived (PDF) from the original on 2019-08-26. Retrieved 2019-08-27.
  43. ↑ Chalmin, Anja (2019-07-16). "Direct Air Capture: Recent developments and future plans". Geoengineering Monitor (به انگلیسی). Archived from the original on 2019-08-26. Retrieved 2019-08-27.
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=جداسازی_مستقیم_کربن_از_هوا&oldid=38941572»