לכידת פחמן מבוססת על התגבשות של אשכולות מי ביקרבונט: גישה מבטיחה לשלוט בהתחממות כדור הארץ

הומצאה שיטת לכידת פחמן חדשה ללכידת פחמן דו חמצני מפליטת דלק מאובנים

פליטת החממה היא התורם הגדול ביותר לשינויי האקלים. פליטת גזי חממה קריטיים היא תוצאה של תיעוש בקנה מידה גדול ופעילות אנושית. רוב פליטות החממה הללו הן של פחמן דו חמצני (CO2) משריפת דלקים מאובנים. הריכוז הכולל של CO2 באטמוספרה גדל ביותר מ-40 אחוז מאז החל עידן התיעוש. עלייה מתמדת זו בפליטת החממה מחממת את כוכב לכת במה שמכונה 'התחממות כדור הארץ' שכן הדמיות ממוחשבות הראו שפליטות אחראיות לעלייה בטמפרטורת פני השטח הממוצעת של כדור הארץ לאורך זמן, מה שמצביע על 'שינוי אקלים' עקב שינויים בדפוסי הגשמים, חומרת הסערה, פני הים וכו'. לפיכך, פיתוח דרכים מתאימות ל'לכידה או לכידה' "פחמן דו-תחמוצתי מפליטות הוא היבט קריטי בהתמודדות עם שינויי אקלים. פחמן טכנולוגיית לכידה קיימת כבר עשרות שנים, אך לאחרונה רכשה מיקוד רב יותר בשל חששות סביבתיים.

מתודולוגיה חדשה לכידת פחמן

הנוהל המקובל של פַּחמָן לכידה כרוכה בלכידת והפרדה של CO2 מתערובת גזים, ולאחר מכן הובלתו לאחסון ואחסנה מרחוק מהאטמוספרה בדרך כלל מתחת לאדמה. תהליך זה הוא עתיר אנרגיה, כרוך במספר בעיות טכניות, סיכונים ומגבלות, למשל, סבירות גבוהה לדליפה באתר האחסון. מחקר חדש שפורסם ב Chem מתאר חלופה מבטיחה ללכידת פחמן. מדענים במחלקת האנרגיה של ארה"ב פיתחו שיטה ייחודית להסרת CO2 מתחנות כוח שריפת פחם ותהליך זה דורש 24 אחוז פחות אנרגיה בהשוואה לאמות מידה שנפרסות כיום בתעשייה.

חוקרים עבדו על התרחשות טבעית אורגני תרכובות הנקראות ביס-אימינוגאנידינים (BIGs) שיש להן את היכולת להיקשר לאניונים בעלי מטען שלילי כפי שנראה במחקרים קודמים. הם חשבו שהתכונה הספציפית הזו של BIGs צריכה לחול גם על אניוני ביקרבונט. אז BIGs יכולים לפעול כמו סורבנט (חומר שאוסף מולקולות אחרות) ולהמיר CO2 לאבן גיר מוצקה (סידן פחמתי). סודה ליים היא תערובת של סידן ונתרן הידרוקסידים המשמשים צוללנים, צוללות וסביבות נשימה סגורות אחרות כדי לסנן אוויר נשוף ולמנוע כל הצטברות מסוכנת של CO2. לאחר מכן ניתן למחזר את האוויר מספר פעמים. לדוגמה, נושמים מחדש לצוללנים מאפשרים להם להישאר מתחת למים במשך זמן רב, דבר שאי אפשר אחרת.

שיטה ייחודית הדורשת פחות אנרגיה

בהתבסס על הבנה זו הם פיתחו מחזור הפרדת CO2 אשר השתמש בתמיסת BIG מימית. בשיטת לכידת פחמן הספציפית הזו הם העבירו גז פליט דרך התמיסה שגרם למולקולות CO2 להיקשר לסופג BIG והקשר הזה היה מגובש אותן לסוג מוצק של אורגני אֶבֶן גִיר. כאשר מוצקים אלו היו מחוממים ל-120 מעלות צלזיוס, ישתחרר CO2 קשור אשר לאחר מכן ניתן לאחסן. מאחר שתהליך זה מתרחש בטמפרטורות נמוכות יחסית לשיטות קיימות ללכידת פחמן, האנרגיה הנדרשת לתהליך מצטמצמת. וכן, ניתן להמיס שוב חומר סופג מוצק מַיִם וממוחזר לשימוש חוזר.

לטכנולוגיות הנוכחיות של לכידת פחמן יש בעיות מתמשכות כמו בעיית אחסון, עלות אנרגיה גבוהה וכו'. הבעיה העיקרית היא השימוש בחומרים סופחים נוזליים שמתאדים או מתפרקים עם הזמן וגם דורשים לפחות 60 אחוז מכלל האנרגיה לחימום אותם, וזה מאוד גָבוֹהַ. הסורבנט המוצק במחקר הנוכחי התגבר על מגבלת האנרגיה מכיוון ש-CO2 נלכד ממלח ביקרבונט מוצק מגובש שדרש פחות מ-24 אחוז אנרגיה. לא היה גם אובדן ספיגה גם לאחר 10 מחזורים רצופים. הצורך הנמוך הזה באנרגיה יכול להוזיל את העלויות של לכידת פחמן וכשאנחנו מחשיבים מיליארדי טונות של CO2, שיטה זו יכולה להשפיע מאוד על ידי הפיכת פליטת החממה לבטלה באמצעות לכידה נאותה.

מגבלה אחת של מחקר זה היא קיבולת ה-CO2 וקצב הספיגה הנמוכים יחסית, הנובעים מהמסיסות המוגבלת של סופג BIG ב מַיִם. חוקרים בוחנים שילוב של ממיסים מסורתיים כמו חומצות אמינו לחומרים סופחים BIG אלה כדי לטפל במגבלה זו. הניסוי הנוכחי נעשה בקנה מידה קטן שבו הוסר 99 אחוז CO2 מגזי הפליטה. התהליך צריך לעבור אופטימיזציה נוספת כך שניתן יהיה להגדיל אותו כדי ללכוד לפחות טון של CO2 בכל יום ומכל סוגים שונים של פליטות. השיטה חייבת להיות חזקה בטיפול בזיהומים בפליטות. המטרה הסופית של טכנולוגיית לכידת פחמן תהיה ללכוד ישירות CO2 מהאטמוספרה באמצעות שיטה זולה וחסכונית באנרגיה.

***

{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}

מקור (ים)

Williams N et al. 2019. לכידת CO2 באמצעות דימרים ביקרבונטים הקשורים למימן גבישי. Chem.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.025