اقیانوس‌ها چطور به حذف دی اکسید کربن کمک می‌کنند؟

به گزارش مانا؛ با ادامه انباشت دی اکسید کربن در جو زمین، گروه‌های تحقیقاتی در سراسر جهان سالها به دنبال راه‌هایی برای حذف موثر گاز از هوا هستند. در همین راستا، منبع شماره یک جهان برای کاهش دی اکسید کربن از جو، «اقیانوس» مشخص شده که حدود 30 تا 40 درصد از کل گاز تولید شده توسط فعالیت‌های انسانی را جذب می‌کند.

اخیراً، امکان حذف مستقیم دی اکسید کربن از آب اقیانوس‌ها به عنوان یک احتمال امیدوارکننده دیگر برای کاهش انتشار دی اکسید کربن کشف شده است، که به طور بالقوه می‌تواند روزی حتی منجر به انتشار خالص منفی شود. اما، مانند سیستم‌های جذب هوا، این ایده هنوز به صورت گسترده مورد استفاده قرار نگرفته هرچند که برخی از شرکت در تلاش برای ورود به این حوزه هستند.

روش‌های موجود برای حذف دی‌اکسید کربن از آب دریا، ولتاژی را بر روی سازه‌ای از غشاها اعمال می‌کند تا جریان با تقسیم آب اسیدی شود. این عمل، بی‌کربنات‌های موجود در آب را به مولکول های دی اکسید کربن تبدیل می‌کند که قابل حذف در خلاء هستند.

موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در گزارشی که منتشر کرده به سخنان هاتون که استاد مهندسی شیمی دانشگاه رالف لاندو است اشاره کرده و نوشته است: «غشاها گران هستند و مواد شیمیایی برای هدایت واکنش‌های الکترود کلی در دو انتهای سازه مورد نیاز هستند و این امر بر هزینه و پیچیدگی فرایندها می‌افزاید.» وی در ادامه می‌گوید: «ما می‌خواستیم از نیاز به وارد کردن مواد شیمیایی به نیم سلول‌های آند و کاتد جلوگیری کنیم و در صورت امکان از به کار بردن غشاها خودداری کنیم.»

این تیم یک فرایند برگشت‌پذیر متشکل از سلول‌های الکتروشیمیایی بدون غشاء را ارائه کردند. الکترودهای واکنشی برای آزاد کردن پروتون‌ها به آب دریا تزریق شده و باعث آزاد شدن دی اکسید کربن محلول از آب می‌شوند. این فرآیند دوره‌ای است: ابتدا آب را اسیدی کرده تا بی‌کربنات‌های معدنی محلول را به دی اکسید کربن مولکولی تبدیل کند. سپس آب به مجموعه دوم سلول‌ها با ولتاژ معکوس داده می‌شود تا پروتون‌ها را بازیابی کند و آب اسیدی را قبل از رها کردن دوباره به دریا به حالت قلیایی تبدیل کند.

چگونگی فرآیند جذب دی اکسید کربن

به گفته پروفسور واراناسی، این حذف دی اکسید کربن و تزریق مجدد آب قلیایی می‌تواند به آرامی شروع کند به معکوس کردن اسیدی شدن اقیانوس ها، لااقل به صورت بومی. این پدیده ناشی از تجمع دی اکسید کربن است که به نوبه خود صخره‌های مرجانی و صدف‌های اقیانوس‌ها و دریاها را تهدید می‌کند. تزریق مجدد آب قلیایی می تواند از طریق خروجی‌های پراکنده یا دور از ساحل انجام شود تا از افزایش قلیاییت بومی که می تواند اکوسیستم ها را مختل کند، جلوگیری شود.

واراناسی می‌گوید:«ما نمی‌توانیم انتشار گازهای گلخانه‌ای کل سیاره را درمان کنیم. اما تزریق مجدد ممکن است در برخی موارد در مکان‌هایی مانند مزارع پرورش ماهی که تمایل به اسیدی کردن آب دارند، انجام شود، بنابراین این می‌تواند راهی برای مقابله با چنین اثری در طبیعت باشد.

هنگامی که دی اکسید کربن از آب خارج شد، مانند سایر فرآیندهای حذف کربن، همچنان باید دفع شود. به عنوان مثال، می‌توان آن را در سازندهای زمین‌شناسی عمیق کف دریا دفن کرد یا می‌توان آن را از نظر شیمیایی به ترکیبی مانند اتانول تبدیل کرد که می تواند به عنوان سوخت حمل و نقل استفاده شود.

هاتون می‌گوید :«شما مطمئناً می‌توانید استفاده از دی اکسید کربن جذب‌شده را به‌عنوان ماده اولیه برای تولید مواد شیمیایی یا مواد در نظر بگیرید، اما نمی‌توانید از همه آن به‌عنوان ماده اولیه استفاده کنید». بازار تمام محصولاتی که تولید می‌کنید تمام می‌شود، بنابراین مهم نیست که چه باشد، مقدار قابل توجهی از دی اکسید کربن جذب شده که باید در زیر زمین دفن شود!»

حداقل در ابتدا، ایده این است که چنین سیستم‌هایی را با زیرساخت‌های موجود یا برنامه‌ریزی‌شده‌ای که قبلاً آب دریا را پردازش می‌کنند، مانند کارخانه‌های نمک‌زدایی، ترکیب کنیم.

واراناسی می‌گوید:« این سیستم مقیاس‌پذیر است به این معنا که می‌توانیم آن را به طور بالقوه در فرآیندهای موجود که در حال پردازش آب اقیانوس یا در تماس با آب اقیانوس هستند، ادغام کنیم. در آنجا، حذف دی اکسید کربن می تواند یک افزودنی ساده برای فرآیندهای موجود باشد که در حال حاضر مقادیر زیادی آب را به دریا باز می‌گرداند و نیازی به مواد مصرفی مانند افزودنی‌های شیمیایی یا غشاء نخواهد داشت. با دستگاه‌های نمک‌زدایی، شما در حال حاضر تمام آب را پمپاژ می‌کنید، پس چرا در آنجا قرار نگیرید؟»

این سیستم همچنین می‌تواند توسط کشتی‌هایی که آب را در حین سفر پردازش می‌کنند، به منظور کمک به کاهش سهم قابل توجه ترافیک کشتی در انتشار کلی دی اکسید کربن پیاده‌سازی شود. به گفته واراناسی، این امر می‌تواند به شرکت‌های کشتیرانی کمک کند تا برخی از انتشار گازهای گلخانه‌ای خود را جبران کنند و کشتی‌ها را به اسکرابرهای اقیانوس تبدیل کنند.

این سیستم همچنین می‌تواند در مکان‌هایی مانند سکوهای حفاری دریایی یا در مزارع پرورش آبزیان پیاده سازی شود. در نهایت، می‌تواند منجر به استقرار کارخانه‌های حذف کربن آزاد شود که در سطح جهانی توزیع شده‌اند.

هاتون می‌گوید:«این فرآیند می تواند کارآمدتر از سیستم های جذب هوا باشد، زیرا غلظت دی اکسید کربن در آب دریا بیش از 100 برابر بیشتر از غلظت آن در هوا است. در سیستم‌های جذب مستقیم هوا، ابتدا لازم است گاز را قبل از بازیابی، گرفته و متمرکز کنید. وی می‌گوید:« اقیانوس‌ها مخازنی از کربن هستند، بنابراین مرحله جذب قبلاً برای شما انجام شده است. هیچ مرحله دستگیری وجود ندارد، فقط رها می شود. این بدان معناست که حجم موادی که باید به کار گرفته شوند بسیار کوچکتر است، که به طور بالقوه کل فرآیند را ساده می کند و نیازهای ردپایی را کاهش می دهد.

این تحقیق ادامه دارد، با یک هدف یافتن جایگزینی برای مرحله حاضر که نیاز به خلاء برای حذف دی اکسید کربن جدا شده از آب دارد. نیاز دیگر شناسایی استراتژی‌های عملیاتی برای جلوگیری از رسوب مواد معدنی است که می‌توانند الکترودهای سلول قلیایی‌سازی را آلوده کنند، موضوعی ذاتی که کارایی کلی را در همه رویکردهای گزارش‌شده کاهش می‌دهد.

هاتون می‌گوید:«پیشرفت های قابل توجهی در مورد این مسائل حاصل شده است، اما هنوز برای گزارش در مورد آنها خیلی زود است. این گروه انتظار دارد که این سیستم می‌تواند در عرض حدود دو سال برای یک پروژه نمایشی عملی آماده شود.

واراناسی می‌گوید:« مشکل دی اکسید کربن مشکل تعیین کننده زندگی و وجود ما است. بنابراین واضح است که ما به تمام کمکی که می‌توانیم دریافت کنیم نیاز داریم.
منبع: تجارت نیوز