جذب و ذخیره کربن (CCS) فناوری است که می‌تواند انتشار دی‌اکسید کربن (CO2) از فرآیندهای صنعتی مانند نیروگاه‌ها و کارخانه‌ها را جمع‌آوری کند و آنها را در زیر زمین ذخیره کند تا از ورود آنها به جو و کمک به تغییرات آب و هوایی جلوگیری کند. در ادامه به بررسی کاربردهای فناوری در CCS میپردازیم.
فناوری جذب کربن
فن آوری جذب کربن شامل جذب دی اکسید کربن (CO2) از فرآیندهای صنعتی، مانند نیروگاه ها و کارخانه ها قبل از رها شدن در جو و ذخیره آنها در زیر زمین برای جلوگیری از کمک به تغییرات آب و هوایی است. در ادامه چند نمونه از نحوه عملکرد فناوری جذب کربن را معرفی میکنیم.
۱- جذب پس از احتراق
این فناوری شامل جذب CO2 از گازهای دودکش نیروگاه ها یا سایر فرآیندهای صنعتی پس از سوزاندن سوخت است. یکی از روش های متداول، شستشوی آمینی است که از یک حلال مایع برای جذب CO2 از گاز دودکش استفاده می کند. سپس حلال گرم می شود تا CO2 جذب شده را آزاد کند، که می تواند فشرده شده و برای ذخیره سازی حمل شود.
۲- گرفتن پیش از احتراق
این فناوری شامل گرفتن CO2 از سوخت قبل از سوختن است. به عنوان مثال، در گازسازی، سوخت در حضور بخار و اکسیژن گرم می شود تا مخلوط گازی حاوی CO2 تولید شود که سپس می توان آن را با استفاده از روش های مختلف جداسازی از سایر گازها جدا کرد. سپس CO2 جدا شده را می توان فشرده و برای ذخیره سازی حمل کرد.
۳- احتراق اکسی-سوخت
این فناوری شامل سوزاندن سوخت در اکسیژن خالص به جای هوا، تولید گاز دودکش عمدتاً CO2 و بخار آب است. بخار آب می تواند متراکم شود و جریانی از CO2 غلیظ باقی بماند که می تواند فشرده شده و برای ذخیره سازی حمل شود.
۴- جذب مستقیم از هوا
این فناوری شامل جذب مستقیم CO2 از جو است. این معمولاً با استفاده از یک محلول شیمیایی انجام می شود که با CO2 واکنش می دهد تا یک جامد یا مایع تشکیل دهد، که سپس می تواند گرم شود تا CO2 جذب شده آزاد شود. جذب مستقیم هوا هنوز در مراحل اولیه توسعه است. در حال حاضر، این روش گرانتر از سایر اشکال جذب کربن است.
به طور کلی، فناوری جذب کربن این پتانسیل را دارد که به میزان قابل توجهی انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از فرآیندهای صنعتی را کاهش دهد. با این حال، استقرار آن می تواند گران باشد و نیاز به سرمایه گذاری های قابل توجهی در انرژی و زیرساخت دارد. ادامه تحقیق و توسعه برای مقرون به صرفه تر کردن فناوری جذب کربن و اطمینان از اینکه CO2 جذب شده، بطور ایمن ذخیره می شود و دوباره به جو نشت نمی کند، مهم خواهد بود.
فناوری حمل و نقل
فناوری حمل و نقل جزء مهمی از سیستم های جذب و ذخیره کربن (CCS) است، زیرا دی اکسید کربن جذب شده (CO2) باید از محل جذب به محل ذخیره منتقل شود. در ادامه به معرفی چند نمونه از فناوری حمل و نقل در CCS میپردازیم.
۱- خطوط لوله
خطوط لوله رایج ترین روش انتقال CO2 برای CCS هستند، زیرا آنها کارآمدترین و مقرون به صرفه ترین وسیله برای جابجایی مقادیر زیادی CO2 در مسافت های طولانی هستند. CO2 در خطوط لوله فولادی فشرده و حمل می شود و برای جلوگیری از خوردگی با یک لایه محافظ پوشانده می شود. خطوط لوله CO2 از نظر طراحی و ساخت مشابه خطوط لوله گاز طبیعی هستند، اما برای جلوگیری از نشت و اطمینان از حمل و نقل ایمن CO2 به اقدامات ایمنی بیشتری نیاز دارند.
۲- کشتی
کشتی‌ها همچنین می‌توانند دی‌اکسید کربن را، به‌ویژه برای مکان‌های ذخیره‌سازی فراساحلی یا برای انتقال CO2 در اقیانوس‌ها، حمل کنند. CO2 معمولاً به شکل مایع منتقل می شود که برای حفظ حالت مایع نیاز به خنک کردن و تحت فشار قرار دادن دارد. از کشتی های تخصصی برای حمل و نقل CO2 استفاده می شود و اقدامات ایمنی برای جلوگیری از نشت و اطمینان از حمل و نقل ایمن انجام میشوند.
۳- کامیون و واگن ریلی
کامیون‌ها و واگن‌های ریلی را می‌توان برای حمل و نقل CO2 در مسافت‌های کوتاه، از جمله از محل ضبط به محل ذخیره‌سازی نزدیک، استفاده کرد. CO2 به طور معمول در مخازن طراحی شده برای مقاومت در برابر فشار بالای گاز فشرده، انباشته و حمل می شود. اقدامات ایمنی تخصصی برای جلوگیری از نشت و اطمینان از حمل و نقل ایمن صورت میگیرد.
به طور کلی، فناوری حمل و نقل یک مورد مهم در طراحی و استقرار سیستم های CCS است. انتخاب روش حمل و نقل به عواملی مانند فاصله بین مکان های جذب و ذخیره، حجم CO2 مورد انتقال و زیرساخت های موجود بستگی دارد. اطمینان از حمل و نقل ایمن و کارآمد CO2 برای موفقیت CCS و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای بسیار مهم است.
فناوری ذخیره سازی
فناوری ذخیره‌سازی جزء حیاتی سیستم‌های جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCS) است، زیرا شامل ذخیره‌سازی طولانی‌مدت دی اکسید کربن جذب شده (CO2) برای جلوگیری از ورود آن به اتمسفر و کمک به تغییرات آب و هوایی است. در ادامه به ارائه چند نمونه از نحوه عملکرد فناوری ذخیره سازی در CCS میپردازیم.
۱- ذخیره سازی در زمین
متداول‌ترین روش ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن، ذخیره‌سازی در زمین است که شامل تزریق دی‌اکسید کربن جذب‌شده به سازندهای زیرزمینی، مانند سفره‌های آب شور یا مخازن نفت و گاز تخلیه شده است. در این روش، CO2 با فشار بالا به سازند تزریق می شود. با گذشت زمان، CO2 توسط لایه های سنگ نفوذ ناپذیر به دام می افتد. سپس در سنگ های اطراف حل و معدنی می شود. و در نهایت به بخشی دائمی از تشکیلات زمین تبدیل می گردد.
۲- ذخیره سازی در اقیانوس
CO2 همچنین می تواند در اعماق اقیانوس ذخیره شود و در آب حل شود و محلولی پایدار تشکیل دهد. ذخیره سازی اقیانوس در حال حاضر به دلیل نگرانی در مورد اثرات بالقوه زیست محیطی، مانند اسیدی شدن اقیانوس ها و اختلال در اکوسیستم های دریایی، به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرد.
۳- کانی سازی
CO2 همچنین می تواند با واکنش با مواد معدنی برای تشکیل کربنات های پایدار ذخیره شود. این فرآیند که به عنوان کانی سازی شناخته می شود، به طور طبیعی طی هزاران سال رخ می دهد. با این حال، تحقیقات برای توسعه روش‌هایی برای تسریع فرآیند به منظور تبدیل آن به یک گزینه ذخیره‌سازی بادوام در حال انجام است.
به طور کلی، ذخیره سازی در زمین در حال حاضر پرکاربردترین روش ذخیره سازی CO2 در سیستم های CCS است. دلیل آن این است که کاربردی ترین و مقرون به صرفه ترین گزینه است. با این حال، اطمینان از ذخیره سازی ایمن و موثر در دراز مدت CO2 یک چالش پیچیده است که نیاز به نظارت و مدیریت دقیق برای جلوگیری از نشت و اطمینان از اینکه CO2 به طور ایمن در زیر زمین ذخیره می شود، دارد. ادامه تحقیق و توسعه برای توسعه و بهبود فن آوری های ذخیره سازی و اطمینان از استقرار ایمن و موثر سیستم های CCS مهم خواهد بود.
فناوری مانیتورینگ
فناوری مانیتورینگ جزء ضروری سیستم‌های جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCS) است، زیرا به اپراتورها اجازه می‌دهد تا حرکت و رفتار دی‌اکسید کربن ذخیره‌شده (CO2) را ردیابی کنند تا مطمئن شوند که به طور ایمن در زیر زمین ذخیره می‌شود. در اینجا چند نمونه از نحوه عملکرد فناوری نظارت در CCS آورده شده است:
۱- نظارت بر سطح
پایش سطحی شامل اندازه گیری و تجزیه و تحلیل غلظت CO2 در هوا و خاک بالای محل ذخیره سازی است. این کار را می توان با استفاده از روش های مختلفی از جمله حسگرهای دستی، پهپادها و تصویربرداری ماهواره ای انجام داد. نظارت بر سطح می تواند به اپراتورها کمک کند تا نشت ها را شناسایی کنند و مناطقی را که ممکن است CO2 از تشکیلات ذخیره سازی فرار کند، شناسایی کنند.
۲- پایش زیرسطحی
پایش زیرسطحی شامل اندازه گیری و تجزیه و تحلیل فشار، دما و ترکیب شیمیایی سازند ذخیره سازی برای ردیابی حرکت و رفتار CO2 ذخیره شده است. این را می توان با استفاده از روش های مختلف از جمله چاه، تصویربرداری لرزه ای و بررسی های ژئوفیزیکی انجام داد. نظارت زیرسطحی می‌تواند به اپراتورها کمک کند تا تغییراتی را در ساختار ذخیره‌سازی که می‌تواند نشان‌دهنده نشتی یا مشکل دیگری باشد را تشخیص دهد.
۳- تشخیص نشتی
فناوری تشخیص نشت برای شناسایی و مکان یابی نشتی ها در سیستم ذخیره سازی استفاده می شود. این شامل استفاده از حسگرهایی برای اندازه گیری غلظت CO2 در هوا یا خاک و ردیاب هایی مانند گازهای نجیب برای ردیابی حرکت CO2 است. فناوری تشخیص نشت برای اطمینان از ذخیره سازی ایمن و موثر در دراز مدت CO2 حیاتی است.
۴- ارزیابی ریسک
ارزیابی ریسک شامل شناسایی و ارزیابی ریسک های بالقوه مرتبط با سایت و سیستم ذخیره سازی است. این موضوعت شامل تجزیه و تحلیل داده های مربوط به زمین شناسی و هیدرولوژی سازند ذخیره سازی و تأثیر بالقوه نشت یا سایر مشکلات بر محیط زیست و سلامت عمومی باشد. ارزیابی ریسک می تواند به اپراتورها کمک کند تا مشکلات بالقوه را شناسایی کرده و استراتژی های کاهش را توسعه دهند.
به طور کلی، فناوری نظارت برای اطمینان از استقرار ایمن و مؤثر سیستم‌های CCS حیاتی است. با ردیابی حرکت و رفتار CO2 ذخیره شده و تشخیص نشت و سایر مشکلات، اپراتورها می توانند اطمینان حاصل کنند که CO2 ذخیره شده به طور ایمن در زیر زمین ذخیره می شود و به تغییرات آب و هوایی کمک نمی کند. ادامه تحقیق و توسعه برای بهبود فناوری نظارت و تضمین موفقیت بلندمدت سیستم‌های CCS مهم خواهد بود.
فناوری بهره برداری
فن آوری استفاده برای سیستم های جذب و ذخیره کربن (CCS) مهم است. این اجازه می دهد تا دی اکسید کربن جذب شده (CO2) برای فرآیندهای صنعتی، مانند افزایش بازیافت نفت یا تولید مواد شیمیایی و سوخت مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه چند نمونه از کاربردهای فناوری بهره برداری در CCS را معرفی میکنیم.
۱- افزایش بازیافت نفت
CO2 را می توان برای افزایش بازیافت نفت (EOR) استفاده کرد که شامل تزریق CO2 به مخازن نفت برای افزایش تولید نفت است. CO2 تزریق شده به کاهش ویسکوزیته روغن و افزایش نرخ بازیافت روغن کمک می کند. EOR در حال حاضر بزرگترین استفاده از CO2 جذب شده، به ویژه در ایالات متحده است.
۲- تولید مواد شیمیایی و سوخت
CO2 همچنین می تواند به عنوان ماده اولیه برای تولید مواد شیمیایی و سوخت هایی مانند متانول، اتانول و سوخت های مصنوعی استفاده شود. این فرآیند که به جذب و استفاده کربن (CCU) معروف است، شامل تبدیل CO2 به یک محصول قابل استفاده از طریق فرآیندهای شیمیایی یا بیولوژیکی است. CCU هنوز در مراحل اولیه توسعه است و هنوز به طور گسترده مستقر نشده است، اما به طور بالقوه می تواند انگیزه های اقتصادی برای استقرار CCS ایجاد کند.
۳- مصالح ساختمانی
CO2 همچنین می تواند مصالح ساختمانی مانند بتن و سنگدانه تولید کند. این فرآیند که به عنوان کربناسیون شناخته می شود، شامل واکنش CO2 با یون های کلسیم و منیزیم برای تشکیل کربنات های پایدار است. کربناته کردن یک حوزه تحقیقاتی امیدوارکننده است، زیرا پتانسیل ایجاد بازار برای CO2 جذب شده و کاهش اثرات زیست محیطی در صنعت ساخت و ساز را دارد.
به طور کلی، فناوری بهره برداری، پتانسیل ایجاد انگیزه های اقتصادی برای استقرار CCS با ایجاد بازارهای جدید برای CO2 جذب شده را دارد. با این حال، فناوری استفاده هنوز در مراحل اولیه توسعه است و برای کارآمدتر شدن، به تحقیق و توسعه مستمر نیاز دارد. با توسعه کاربردهای جدید و نوآورانه برای CO2 جذب شده، می توانیم به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و انتقال به یک سیستم انرژی پایدارتر کمک کنیم.
سخن پایانی
به طور کلی، فناوری نقش مهمی در کارآمدی و مقرون به صرفه تر کردن CCS دارد. با ادامه سرمایه گذاری در تحقیق و توسعه، می توانیم CCS را به ابزاری مهم برای کاهش تغییرات آب و هوایی با کاهش انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از فرآیندهای صنعتی تبدیل کنیم.
