خطوات لمواجهة مشكلة التخلص من ثاني أكسيد الكربون

تنتج ألمانيا سنويا ما يقدر بنحو 850 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون منها نحو 400 مليون طن تطلقها محطات توليد الطاقة والصناعة. ولتقليص هذا الحجم الهائل من غاز ثاني أكيد الكربون يجب اتخاذ خطوة أولى تتمثل في رفع فعالية وكفاءة تلك المنشآت، وهذا هو الهدف المتبع اليوم لدى بناء المنشآت الجديدة. فمن المفترض خلال الأعوام العشرين المقبلة بناء نحو 50 محطة توليد طاقة كبرى تنتج نحو 40 جيجا وات لتحل محل المنشآت القديمة الهزيلة. ويبلغ حجم الفعالية في محطات توليد الطاقة، تلك والتي تُعتمد على حرق الفحم الحجري نحو 45 في المائة؛ وتلك التي تعتمد على حرق الفحم البني نحو 43 في المائة. وبالتالي فإن نتاج المادة الحارقة أعلى بنحو 30 في المائة من المنشآت القديمة، ولكنها تتضّمن انخفاضاً في إصدار ثاني أكسيد الكربون.
وإذا نجح الخبراء في تحسين إنتاج الطاقة بنحو 1 في المائة لكل 700 ميجاوات من توليد الطاقة الناتجة عن حرق الفحم الحجري، عندها سينخفض حجم إصدار ثاني أكسيد الكربون سنوياً بنحو 100 ألف طن، وهي نفس كمية غاز ثاني أكسيد الكربون التي تطلقها نحو 30 ألف سيارة سنوياً من عوادمها. أما لتجنب إطلاق هذا الحجم من إصدار ثاني أكسيد الكربون لا بد من تخصيص طواحين الهواء بإنتاجية أعلى تُقدّر بنحو 60 ميجاوات.
وعن طريق الفعالية المرتفعة، يمكن تقليص حجم المواد الضارة وأبرزها غاز ثاني أكسيد الكربون عند حرق الفحم. ونظراً للنهم المتزايد على الطاقة، وكذلك الاستخدام المتزايد من الفحم، فلن يكفي تخفيف العبء على الأجواء المحيطة من الارتفاع الحراري عن طريق الغاز المنبثق عن البيوت البلاستيكية أو الزجاجية بالدرجة المطلوبة، ولهذا تُجرى اليوم في كثير من دول العالم مشاريع بحثية تركّز على فصل ثاني أكسيد الكربون.
ومن إحدى تلك الطرق فصل ثاني أكسيد الكربون عقب الحرق، وهذه الخطوة موجودة بالفعل في بعض محطات توليد الطاقة. وهنا يتم فصل غاز ثاني أكسيد الكربون عن طريق مغاسل خاصة. وإضافة إلى هذا يتم ضخ الغاز السائل عن طريق مادة مذيبة مثل مادة إيثانولامين بعدها يتم تسخين "وسيلة الغسل" وفصل ثاني أكسيد الكربون، وفي الخطوة التالية يتم تكثيفه، وبالتالي يمكن تمييعه. وتُعد تكاليف الوسائل هنا باهظة، ولكن بالفعل يتم رفع حجم فعالية المنشآت نحو 15 في المائة. وبناءً على ذلك، لا بد من استخدام المزيد من الفحم، ومن المفترض عن طريق تقنية لاحقة التقليص من حجم الفعالية الضائعة.
وتعتمد الطريقة الثانية على فصل ثاني أكسيد الكربون قبل حرقه، وهنا يتم تحويل الفحم المسحوق باستخدام الأكسيد بضغطه إلى غاز تركيبي، الذي يتكوّن أساساً من أول أكسيد الكربون والماء. وبمساعدة بخار الماء الساخن يتم تحويل أول أكسيد الكربون بالكامل تقريباً إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. وعندها يمكن فصل ثاني أكسيد الكربون بصورة مقارنة.
ويمكن تشغيل توربينات الغاز عن طريق الماء المتبقي، وبما أن حرق الغاز الصادر عن التوربينات مرتفع الحرارة جداً بما يعادل 560 درجة، يمكن ربط عملية التبخير التقليدية في هذه الدائرة. وهذا الاستخدام الثنائي بفضل هذه المجريات جاء تحت اسم: محطات توليد الطاقة المركبة مع تحويل الغاز المتداخل IGCC. وإلى أن يتم استخدام هذا النوع من محطات توليد الطاقة، التي تُختبر منذ بداية التسعينيات مباشرةً لا تزال توجد بعض المصاعب حيث لا بد أن يتم تطوير حارقات المياه التي تفتقر إلى أكسيد النيتروجين. والمهم في هذه المجريات، أنها تمكّن من إنتاج المواد الأكسيدية اللازمة لتحويل الغاز. وأعلنت شركة آر في إيه RWE أخيراً أن محطة توليد طاقة بمعدل 450 ميجا وات تعتمد على هذه الإجراءات في فصل ثاني أكسيد الكربون وتوفيره.
وهناك طريقة ثالثة وهي فصل ثاني أكسيد الكربون خلال الحرق، وهنا يتم حرق الفحم عن طريق الأوكسجين، وليس كالعادة عن طريق الهواء. وبالتالي يتضمّن بخار الغاز العرضي تقريباً ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. وتفصل المركبات نفسها عن طريق التبريد، حيث يتكاثف بخار الماء إلى ماء ويبقى ثاني أكسيد الكربون.
ويُعد فصل ثاني أكسيد الكربون هذا نصف الطريق فقط، أما في حالة نجاح الخبراء في حبس الغاز يمكن حينها فعلاً تحقيق مساهمة ملحوظة في الحماية على البيئة. وإحدى الفرص الممكنة، هي ضخ ثاني أكسيد الكربون ضمن نتاج حقول النفط والغاز الطبيعي المتسعة، بهدف تحسين الضغط في مناطق المخزون. وأخرى، وهي ضغط ثاني أكسيد الكربون في طبقات الفحم المفككة، أو قطع الملح. وكذلك يمكن توحيد طبقات الصخور كمخازن نهائية لثاني أكسيد الكربون، والتي تُستخدم اليوم في ألمانيا بهدف تزويد الغاز الطبيعي.
وفي المنطقة الصناعية شفارزيه بومبيه تخطط شركة فاتنفال السويدية لبناء منشأة رائدة للوقود الأكسيدي بإنتاجية تُقدّر بنحو 30 ميجاوات. وإذا جرت الاختبارات على المنشأة المُقدّرة بنحو 40 مليون يورو على نحو مُرضي، لا بد أن يتم بناء منشأة خلال العقد المقبل بإنتاجية تتراوح بين 250 إلى 600 ميجا وات.