نشر باحثون من كلية الهندسة الكيميائية والبيوموليكولية (ChBE) في Georgia Tech دراسة رائدة في مجلة Energy & Environmental Science، تُظهر طريقة جديدة أكثر فعالية واقتصادية لإزالة ثاني أكسيد الكربون (CO₂) من الغلاف الجوي باستخدام هواء شديد البرودة ومواد ماصة مسامية مستخدمة على نطاق واسع، مما يوفر نهجًا جديدًا للتخفيف من الاحتباس الحراري.
على مدى العقد الماضي، وعلى الرغم من الإمكانات التي أظهرتها تقنيات التقاط الهواء المباشر (DAC)، إلا أن التكاليف الرأسمالية والطاقة العالية شكلت عقبات أمام تطبيقها على نطاق واسع. في هذه الدراسة، اعتمد فريق البحث نهجًا مبتكرًا يجمع بين DAC وعملية إعادة تسييل الغاز الطبيعي المسال (LNG). تنتج عملية إعادة التسييل طاقة باردة جدًا يتم إهدارها عادةً من خلال تسخينها بالمياه البحرية. استخدم باحثو Georgia Tech هذه الطاقة الباردة بذكاء لتبريد الهواء، مما يخلق بيئة أكثر ملاءمة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون.
استخدم الفريق ماصات فيزيائية، وهي مواد صلبة مسامية تتمتع بعمر افتراضي أطول، وتتميز بسرعة امتصاص ثاني أكسيد الكربون، وأداء أعلى في التقاط ثاني أكسيد الكربون في درجات الحرارة المنخفضة، دون الحاجة إلى خطوات إزالة الماء المكلفة، مقارنة بالمواد الأمينية المستخدمة حاليًا في أنظمة DAC. من خلال المحاكاة والتجارب، حدد الفريق مادتا zeolite 13X وCALF-20 كماصات فيزيائية رئيسية لهذه العملية. تُظهر هاتان المادتان قدرة امتصاص قوية لثاني أكسيد الكربون عند درجة حرارة -78 مئوية (النموذجية لنظام LNG-DAC)، حيث تبلغ سعة الامتصاص حوالي ثلاثة أضعاف المواد الأمينية في درجة الحرارة العادية، مع إمكانية إطلاق ثاني أكسيد الكربون الملتقط والمنقى بمدخلات طاقة منخفضة.
تُظهر النمذجة الاقتصادية أن دمج هذا النهج القائم على LNG في DAC يمكن أن يقلل تكلفة التقاط طن متري من ثاني أكسيد الكربون إلى 70 دولارًا، أي أقل بحوالي ثلاث مرات من طرق DAC الحالية (التي عادةً ما تتجاوز 200 دولار للطن). هذا الميزة التكلفية تجعل التقنية ذات قيمة تطبيقية عالية.
علاوة على ذلك، تناولت الدراسة مسألة مواقع نشر DAC. تكون أنظمة DAC التقليدية عادةً مناسبة للبيئات الجافة والباردة، لكن باستخدام البنية التحتية الحالية للغاز الطبيعي المسال، يمكن نشر DAC شبه المبرد في المناطق الساحلية المعتدلة أو حتى الرطبة، مما يوسع نطاق إزالة الكربون جغرافيًا. وفقًا للتقديرات، حتى باستخدام جزء من الطاقة الباردة من أنظمة إعادة تسييل LNG العاملة على نطاق واسع في المناطق الساحلية العالمية، يمكن التقاط أكثر من 100 مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون سنويًا بحلول عام 2050.
مع تزايد الضغوط على الحكومات والصناعات لتحقيق أهداف صافي الانبعاثات الصفرية، توفر حلول مثل DAC المقترن بـ LNG شبه المبرد مسارًا واعدًا للمضي قدمًا. يخطط الفريق لمواصلة تحسين المواد وتصميم النظام لضمان الأداء والمتانة على نطاق أوسع.
تُظهر الدراسة أيضًا أن نطاق المواد القابلة للاستخدام في DAC أصبح أوسع. أصبحت العديد من الماصات الفيزيائية التي كانت تُستبعد سابقًا من DAC بسبب ضعف أدائها في درجات الحرارة العادية قابلة للاستخدام فجأة عند خفض درجة الحرارة، مما يفتح مجال تصميم جديدًا تمامًا لمواد التقاط الكربون.
