خفض انبعاث CO2 باستخدام التقنيات المبتكرة

يقوم الباحثون بتجريب مجموعة متنوعة من الحلول التقنية في المعركة للحد من انبعاثات CO2. وفي هذا المجال المتطور، هناك مجال للعديد من المكاسب.
المشاريع تُظهر أفضل وعد ابتداءً من وسائل التوضيح واسعة النطاق وصولاً إلى البحث عن استخدام الجزيئات النانوية.
حلول سليمة لاحتجاز الكربون وتخزينه Carbon Capture and Storage – CCS هي المفتاح الأساسي لمجتمع خالي من الكربون. في النرويج، قامت السلطات العامة والقطاع R&D بتجميع مواردها للبحث عن حلول فعالة.
أنشأت مؤسسة كازانوفا Gassnova المملوكة للدولة النرويجية بالاشتراك مع مجلس البحوث في النرويج Research Council of Norway برنامج البحوث النرويجية للمبادرة التجارية لاحتجاز الكربون وتخزينه بواسطة الدعم المادي لتطوير ووصف الأبحاث (CLIMIT)، لتعزيز وتوفير التمويل اللازم للمشاريع ذات الصلة ب CCS. مجلس البحوث يدير الجزء R&D من مشروع CLIMIT.
الحد من التكاليف:
“أحد التحديات الرئيسية لإدارة فعالية CO2 هي تلك العمليات التي تنطوي على طاقة كثيفة وتتطلب استثمارات كبيرة مقدماً، ونحن نتطلع لمعالجة هذه التحديات بحلول رائدة” تقول المستشارة الخاصة في مجلس البحوث عاصي سلاجترن Åse Slagtern. “احتجاز CO2 ليكون فعالاً لمحطات الطاقة والصناعة، لا بد من خفض التكاليف بشكل كبير”.
تم تنقيح برنامج عمل CLIMIT وسوف يتم تطبيقه من بداية عام 2013. وفي هذا البرنامج التركيز الأقوى على تطوير الجيل المقبل والحلول المبتكرة لكل تقنية من تقنيات احتجاز CO2. ويجري تصميم الحلول للحد من التكاليف على المدى الطويل وكسب الميزات العظمى للتقنيات الحالية والشكوك المالية.
دعم المشاريع المبتكرة:
“يجب أن نكون أقوى ما يمكن في مجال الابتكار” تؤكد السيدة سلاجترن، مستشهدةً بالأمثلة الستة التالية للمشاريع الحالية التي قد تحدث فرقاً حقيقياً في تطوير إدارة فعالية CO2. هذه التقنيات تتراوح من استخدام جزيئات نانوية لاحتجاز CO2 إلى تجريب مذيبات على نطاق واسع:
1. SOLVit: بحث حول احتجاز CO2 باستخدام محلات على نطاق واسع وفي عدة بلدان.
استخدام الأمينات التقليدية لالتقاط الانبعاثات الكبيرة من CO2 الصناعي يستهلك الكثير من الطاقة. وأحد المشاريع البحثية الأكبر في أوروبا لاحتجاز CO2 هو التصدي لهذا التحدي. الهدف من المشروع الذي سيستمر لثمانية أعوام “المذيبات للجيل القادم في أنظمة احتجاز CO2بعد الاحتراق (SOLVit – Phase 2)” هو تطوير وتحسين المواد الكيميائية واجراءات أنظمة احتجاز CO2بعد الاحتراق.
بعد أربع سنوات سيكون مشروع SOLVit قد خفض بالفعل 35 بالمئة من الطاقة اللازمة، وهدفه هو تخفيض الطاقة بمقدار 50 بالمئة ضمن النطاق. المشروع بإدارة أكر للكربون النظيف Aker Clean Carbon – ACC وهو يتلقى تمويلاً من مؤسسة البحوث SINTEF والجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا the Norwegian University of Science and Technology – NTNU.
2. ZEG: مرفق تجريبي لإنتاج الكهرباء والهيدروجين بدون انبعاثات وسيكون جاهزاً في عام 2013.
العملية قيد التطوير في مشروع عدم انبعاث الغازات the Zero Emission Gas (ZEG)، وهي ذات قدرة عالية الطاقة. والهدف هو استخدام أكثر من 80 بالمئة من الطاقة المخزنة في الغاز الطبيعي. والذي يجعل هذا المرفق التجريبي مختلفاً هو أنه ينتج كل من الكهرباء والهيدروجين أثناء احتجاز CO2. أحد ميزات العملية ZEG أنها تدمج احتجاز CO2 على عكس أنظمة احتجاز CO2 قبل وبعد الاحتراق.
يأتي هذا المشروع لتحقيق انتقال من نطاق المختبر إلى مكز تجريبي بقوة 50 كيلو واط يجري بناؤه في يلستروم Lillestrøm في النرويج، جنباً إلى جنب مع الطريق السرع للهيدروجين النرويجي Norwegian Hydrogen Highway – HyNor. ومن المقرر أن يكون هذا المرفق التجريبي جاهز بحلول عام 2013. المشروع بإدارة معهد تكنولوجيا الطاقة the Institute for Energy Technology – IFE.
3. الحلقة الاحتراق الكيميائية Chemical Looping Combustion – CLC: وحدة اختبار قيد الإنشاء في تروندهايم Trondheim لتكرير العملية.
حلقة الاحتراق الكيميائي هي بديل واعد من أجل إنتاج الطاقة أثناء احتجاز CO2. نظام الحلقات الكيميائية يتكون من اثنين من المفاعلات. في المفاعل الأول يتم حرق الفحم أو الغاز الطبيعي مع أكاسيد المعادن التي ترجع إلى معادن. وفي المفاعل الثاني يتم تحويل المعادين إلى أكاسيدها باستخدام حامل الأكسجين المعدني. بهذه الطريقة يتم تقسيم غاز الاحتراق (وقود مع هواء) إلى ثلاثة أقسام: النتروجين يتم فصله في وقت مبكر من عملية الاحتراق، والبخار يتكاثف، والغاز المنتج يكون CO2 نقي تقريباً.
ووفقاً لحسابات الباحثين في SINTEF لبحوث الطاقة فسيكون هناك إمكانية كفاءة بنسبة 51 بالمئة بالنسبة لمحطة التوليد المشترك للطاقة من الفحم باستخدام CLC. وهذه عدة نقاط مئوية تزيد كفاءة المحطة بالمقارنة مع احتجاز CO2التقليدي. ومن المقرر تشغيل المشروع خلال عام 2013.
4. غشاء البلاديوم: غشاء ببراءة اختراع رقيق جداً، يستعمل لفصل الهيدروجين ويتم حالياً تجريبه على نطاق واسع.
يعتمد على كفاءة انتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي، ويمكن تصميم محطات توليد طاقة لفصل CO2 قبل الاحتراق وتوليد الطاقة. يمكن فصل الهيدروكربونات إلى هيدروجين نقي وCO2نقي، ثم يُخزن CO2أو يُنقل بعيداً، في حين يتم حرق الهيدروجين في التوربينات الغازية لتوليد الكهرباء. ويكمن التحدي في فصل الهيدروجين بأكبر قدر ممكن من الكفاءة.
طور الباحثون في SINTEF وسيلة فريدة من نوعها قادرة على إنتاج صفائح كبيرة ورقيقة جداً من الأغشية، لا تشوبها شائبة مصنوعة من سبيكة البلاديوم، بسماكة تتراوح من 2-3 ميكرون. والغشاء يسمح بتخلخل ذرات الهيدروجين فقط.
5. DualCO2: دراسة ما يحدث عندما تقوم الأغشية في الطور المنصهر بفصل CO2.
مطورو أنظمة احتجاز CO2 حلموا طويلاً بأغشية تسمح ل CO2فقط بالنفاذ. تقوم كل من جامعة أوسلو The University of Oslo وSINTEF حالياً بتطوير غشاء مزدوج الطور، مع طور من الكربونات المنصهرة والتي تسمح بنفاذ CO2 من أحد جوانب الغشاء إلى الجانب الأخر، والطور الأخر هو طور صلب من السيراميك يدعم الطور المنصهر. هذا النوع من الأغشية يعمل على حد سواء على احتجاز CO2 من غاز المداخن في أنظمة ما بعد الاحتراق واستخراج CO2 في أنظمة ما قبل الاحتراق.
في المشروع “الأغشية مزدوجة الطور لفصل CO2 في توليد الطاقة (DualCO2)”، قامت جامعة أوسلو باختبار خصائص خلية غشاء مصمم من قبل SINTEF. أظهرت التجارب توصيلاً جيداً لشوارد الكربونات، ولكن تم نقل شوارد أخرى.
المشروع لا يزال في مرحلة مبكرة. الشركاء الدوليين والاستشاريين هما LECIME (فرنسا) ومختبر أرجون الوطني Argonne National Laboratory (الولايات المتحدة الأمريكية).
6. نانو CO2: تعزيزات نانوية مع الأمينات لرفع كفاءة أنظمة احتجاز CO2.
أنظمة ما بعد الاحتراق التقليدية التي تستخدم الأمينات، يجب معالجتها بكميات كبيرة من المواد الكيميائية والماء، من أجل احتجاز CO2 ومن ثم تحريره. إرفاق الأمينات بجسيمات نانوية تزيد سرعة احتجاز CO2، وبنفس القدر من الأهمية تتطلب طاقة أقل لتحرير CO2 مرة أخرى.
لزيادة كفاءة احتجاز CO2، يقوم الباحثون في SINTEF باستخدام جسيمات نانوية متعددة الوظائف – فئة جديدة من المواد المختلطة مناسبة جيداً لمثل هذه العمليات ومع العديد من التطبيقات في التقنية النانوية.
المنطقة ذات الأولوية الوطنية:
الكفاءة، والسلامة البيئية، وإدارة وإنتاج الطاقة المستدامة تم تعيينها كنقاط أساسية بالنسبة لنشاط R&D النرويجية. وفي مساهمتها لاقتراح الميزانية المالية الوطنية لعام 2014، فقد حدد مجلس البحوث هذا المجال البحثي كواحد من أهم المساهمات النرويجية للتصدي للتحديات المجتمعية العالمية.
جنباً إلى جنب مع برنامج CLIMIT، برنامج مركز البحوث الجديد واسع النطاق لبحوث الطاقة (ENERGIX)، يلعب دوراً حيوياً في تنفيذ الاستراتيجية الوطنية ل R&D Energi21.
ومفتاح أخر لأصحاب مصلحة R&D هو برنامج مجلس البحوث الجديد واسع النطاق على الإدارة المثلى لموارد البترول النرويجي (PETROMAKS2)، والذي يوفر التمويل للمشاريع التي تسعى لتطوير واستخدام موارد البترول النرويجي على النحو الأمثل، ضمن إطار من السلامة البيئية.