تحول الكربون: ثاني أكسيد الكربون "CO2" مادة خام لصناعة الملابس وإنتاج الطاقة
"لقد حان عصر الغليان العالمي": هذه هي كلمات الأمين العام للأمم المتحدة ".Secretary-General U.N" أنطونيو جوتيريش "Antonio Guterres" التي عبر فيها عن شعوره بالحالة الطارئة المتعلقة بتسارع ظاهرة الاحتباس الحراري في شهر يوليو من عام 2023 ردًا على التوقع الذي يشير إلى ارتفاع متوسط درجة الحرارة العالمية. ولقد تم الإبلاغ عن هطول أمطار غزيرة غير مسبوقة، وحالات جفاف، وحرائق غابات، والعديد من الكوارث الأخرى في جميع أنحاء العالم نتيجة لظاهرة الاحتباس الحراري.
إن السبب الرئيسي لظاهرة الاحتباس الحراري هو زيادة انبعاث ثاني أكسيد الكربون "CO2" الناتج عن البشر خلال حياتنا اليومية. وتواصل الحكومات، والشركات، والمجتمعات في جميع أنحاء العالم بذل الجهود للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون "CO2" الناتجة عن حرق الوقود الأحفوري، مع ترديد شعارات مثل "دعونا نقلل من توليد الطاقة الحرارية لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2)" و "دعونا نتحول من المركبات التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي إلى المركبات الكهربائية (EVs) للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2)".
وعلى ضوء هذه الخلفية، بدأت الأبحاث الرائدة التي تهدف إلى احتجاز ثاني أكسيد الكربون "CO2" من الغلاف الجوي واستخدامه ليكون مادة خام لصناعة الملابس وإنتاج الطاقة. وتتمثل رؤية شركة هيتاشي للمستقبل في "تحويل المستقبل خطوة بخطوة". هل يمكن تحقيق ذلك حقًا؟ يتناول هذا المقال حالة الأبحاث المتطورة.
للحصول على مزيد من التفاصيل حول معرض شركة هيتاشي في الدورة الثامنة والعشرين لمؤتمر الأمم المتحدة للتغير المناخي "COP28"، انظر هنا.
هناك حد لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون "CO2"
إن ثاني أكسيد الكربون "CO2"، كما يوحي اسمه، هو مركب من الأكسجين والكربون. أين يوجد الكربون على كوكب الأرض، وكم الكمية الموجودة منه ، وكيف يتحرك؟ الشكل أدناه هو تمثيل تخطيطي لنموذج دورة الكربون العالمية "Global Carbon Cycle Model".
يوضح الرسم التخطيطي أعلاه أن النباتات ينبعث منها الكربون، أو ثاني أكسيد الكربون "CO2"، ولكنها تمتص ثاني أكسيد الكربون "CO2" من الغلاف الجوي عن طريق عملية التمثيل الضوئي. وتعيش النباتات البحرية أيضًا في المحيط، حيث ينبعث منها ثاني أكسيد الكربون "CO2" وتمتصه في دورة. ومع ذلك، فإن البشر باعتبارهم كائنات حية لا تستطيع امتصاص ثاني أكسيد الكربون "CO2"، كما يتبين ذلك من خلال عدم وجود سهام موجهة من الغلاف الجوي إلى البشر.
إن كمية الكربون المنبعثة في الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون "CO2" نتيجة للنشاط البشري آخذة في الارتفاع. وعلاوة على ذلك، تؤدي إزالة الغابات إلى نقل الكربون الذي كانت النباتات تمتصه في السابق إلى الغلاف الجوي. ونتيجة لذلك، تشير التقديرات إلى أن 5.1 مليار طن من الكربون الذي كان يجب أن ينتقل بين النباتات والغلاف الجوي سنويًا سوف يبقى ويزداد في الغلاف الجوي.
ويرجع فقدان الغابات أيضًا إلى النشاط البشري. حيث يتم قطع الغابات وتحويلها إلى أراضٍ زراعية لإنتاج القطن والمواد الخام الأخرى المستخدمة في صناعة الملابس. ويرجع ذلك جزئياً إلى ظاهرة الاحتباس الحراري، فقد أصبح الهواء جافًا بشكلٍ غير عادي، وأصبحت حرائق الغابات الكبيرة أكثر تكرارًا، مما ساهم أيضًا في زيادة فقدان الغابات.
تقوم الدول في جميع أنحاء العالم حاليًا بتنفيذ مبادرات للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون "CO2". ومع ذلك، نظرًا لعدم إمكانية تخفيض الأنشطة البشرية إلى الصفر، فمن المستحيل تقليل بعض هذه الانبعاثات. والحل الرئيسي لذلك هو التكنولوجيا الجديدة تمامًا التي تحتجز ثاني أكسيد الكربون "CO2" من الغلاف الجوي وتستخدمه كمادة خام مفيدة للمجتمع.
الاحتجاز المباشر للهواء "DAC" واحتجاز الكربون واستخدامه "CCU": الاحتجاز والاستخدام
من أجل استخدام ثاني أكسيد الكربون "CO2"، من الضروري أولاً جمع ثاني أكسيد الكربون "CO2" من الهواء. ونجد أن "الاحتجاز المباشر للهواء (DAC)"، والذي يشير إلى التكنولوجيا التي تحتجز ثاني أكسيد الكربون "CO2" مباشرة من الغلاف الجوي، يعد مفهومًا أساسيًا في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون "CO2" إلى ما يقرب من الصفر. وعلى وجه التحديد، يتم سحب الهواء إلى المعدات، ويتم استخلاص ثاني أكسيد الكربون "CO2" فقط عن طريق التفاعل الكيميائي أو الامتصاص. ويتم حاليًا إجراء الأبحاث لاستخدام ذوبان السوائل، والمواد الماصة، والأغشية الرقيقة باعتبارها طرق للاستخلاص.
إن تقنية استخدام ثاني أكسيد الكربون "CO2" المُحتجز يُطلق عليها "احتجاز الكربون واستخدامه (CCU)"، والتي يمكن تقسيمها إلى نوعين رئيسيين: الاستخدام المباشر لثاني أكسيد الكربون "CO2" والاستخدام غير المباشر له، حيث يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون "CO2" إلى شيء آخر.
إن أحد الأمثلة على الاستخدام المباشر الذي قد يكون معروفًا لدى الكثير من الأشخاص هو غاز ثاني أكسيد الكربون الموجود في المشروبات الغازية والمشروبات الكحولية. والاستخدام في المشروبات ليس الاستخدام الوحيد لغاز ثاني أكسيد الكربون. حيث تستخدم النباتات، والطحالب، والكائنات الحية الأخرى ثاني أكسيد الكربون "CO2" لتسريع عملية التمثيل الضوئي، لذلك يمكن استخدامه أيضًا لتحفيز نمو النباتات في البيوت الزراعية المحمية. كما يمكن أيضًا استخدام ثاني أكسيد الكربون "CO2" لتبريد ونقل الأطعمة القابلة للتلف عن طريق تجميده وتحويله إلى ثلج جاف.
ومع ذلك، فإن الاستخدام المباشر لثاني أكسيد الكربون "CO2" له حدود تتعلق بالكمية والحالات التي يمكن استخدامه فيها. والمفهوم الرئيسي الآخر هو الاستخدام غير المباشر. بالإضافة إلى الألياف الكيميائية، مثل البولي يوريثين، والتي يمكن استخدامها في صناعة الملابس، فإن الخرسانة والوقود الناتج عن خلط الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون "CO2" تمَ تصورها كاحتمالات، كما يتم تطويرهما للاستخدام العملي.
الفرق بين احتجاز الكربون واستخدامه "CCU"، واحتجاز الكربون وتخزينه "CCS"، واحتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه "CCUS"
هناك تقنية أخرى يمكن استخدامها للتخفيف من ثاني أكسيد الكربون "CO2" وهي "احتجاز الكربون وتخزينه (CCS)"، وهو مصطلح مشابه لاحتجاز الكربون واستخدامه "CCU". وهي عبارة عن تقنية تخزين الكربون التي تقلل من كمية ثاني أكسيد الكربون "CO2" في الغلاف الجوي عن طريق عزل ثاني أكسيد الكربون "CO2" في تكوين جيولوجي تحت الأرض بحيث لا يمكنه أن يتسرب، بدلًا من استخدامه.
تتشابه تقنية الاحتجاز المباشر للهواء "DAC" وتقنية احتجاز الكربون وتخزينه "CCS" من حيث احتجاز ثاني أكسيد الكربون "CO2"، ولكن تقنية الاحتجاز المباشر للهواء "DAC" تجمع ثاني أكسيد الكربون "CO2" من الغلاف الجوي، بينما تقوم تقنية احتجاز الكربون وتخزينه "CCS" بجمع تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون "CO2" من المصانع ومحطات الطاقة الحرارية، وبالتالي تختلف مواقع وأشكال التجميع. يُشار أحيانًا إلى تقنيتي احتجاز الكربون واستخدامه "CCU" واحتجاز الكربون وتخزينه "CCS" معًا باسم "احتجاز الكربون، واستخدامه، وتخزينه (CCUS)".
لقد بدأت للتو عملية احتجاز الكربون واستخدامه "CCU" واحتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه "CCUS". وفي شهر يونيو من عام 2023، قامت وزارة الاقتصاد، والتجارة والصناعة اليابانية "Ministry of Economy, Trade and Industry (METI)" بصياغة "خارطة طريق لإعادة تدوير الكربون (Carbon Recycling Roadmap)" لتحقيق هدف الحياد الكربوني بحلول عام 2050، وتوضح خارطة الطريق أنه من المقرر أن يبدأ استخدام ثاني أكسيد الكربون "CO2" في عام 2030 تقريبًا.
تحول الكربون
في عام 2022، بدأت شركة هيتاشي أيضًا مشروعًا للبحث في تقنيتي الاحتجاز المباشر للهواء "DAC" واحتجاز الكربون واستخدامه "CCU". ومن خلال استخدام تقنياتها الحالية في تطوير المحفزات والأجهزة، ستتعامل شركة هيتاشي مع التطور التكنولوجي مع التركيز على اكتشاف المشكلات الاجتماعية التي تحتاج إلى حل بحلول عام 2050.
يتمثل مفهوم المشروع البحثي في "تحول الكربون (Carbon Transformation)" والهدف هو إنشاء دورة ثاني أكسيد الكربون "CO2" من خلال الأنشطة البشرية التي لم تظهر في نموذج دورة الكربون العالمية "Global Carbon Cycle Model". ومن خلال القيام بذلك، ستعمل شركة هيتاشي على استعادة التوازن لدورة ثاني أكسيد الكربون "CO2" في كوكب الأرض. وصرحت توموكو سوزوكي "Tomoko Suzuki"، كبيرة الباحثين في شركة هيتاشي "Hitachi's Corporate Chief Researcher" التي تقود المشروع، بحماس قائلة: "سيغير هذا البحث العلاقة بين ثاني أكسيد الكربون "CO2" والبشر. كما أنه أيضًا مشروع سيساهم في رفاهية البشر في جميع أنحاء العالم.
لقد حقق الأشخاص الذين يعيشون في الدول المتقدمة التنمية الاقتصادية وأنماط الحياة المريحة نتيجة لانبعاث كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون "CO2"، وتقوم الدول النامية بتقليد هذا النموذج. وفي إطار سعيهم وراء حياة أكثر ثراءً وفوائد اقتصادية متزايدة، يقوم الأشخاص في الدول النامية بقطع الغابات. وإذا كان من الممكن إنتاج المواد الخام والوقود من ثاني أكسيد الكربون "CO2" من خلال تحقيق تحول الكربون، فستزداد إمكانية منع إزالة الغابات.
من المتوقع أن يتم التطبيق العملي لجهاز التمثيل الضوئي الاصطناعي الذي يتم تطويره من خلال المشروع البحثي، وسيقوم هذا الجهاز بأداء نفس وظيفة التمثيل الضوئي في النباتات: حيث يمكن تحويل ثاني أكسيد الكربون "CO2" إلى أكسجين ومواد خام أو وقود من خلال الضوء والماء.
وبينما ينتظر الجميع بشغف التسويق التجاري لهذه التقنية، تقول سوزوكي "Suzuki": "هناك تحديات". ومن أجل إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون "CO2" بشكل حقيقي، من المهم تكوين حلفاء يتشاركون نفس الرؤية. وهؤلاء هم الأشخاص الذين سيحققون استعادة ثاني أكسيد الكربون "CO2" والأشخاص الذين سيستخدمون فعليًا المواد الخام والوقود الناتج لتحويل الاقتصاد إلى اقتصاد دائري.
حتى لو واجهت سوزوكي "Suzuki" التحديات، فإنها ترفض الاستسلام.
"من أجل استعادة توازن دورة ثاني أكسيد الكربون "CO2" على كوكب الأرض، أود زيادة حلفائي من خلال توصيل المفهوم إلى مجموعة واسعة من الصناعات. ومن خلال الإنشاء التعاوني مع حلفائي، أهدف إلى تطوير تقنيات يمكن للمجتمع أن يقبلها بسهولة.
