دانشمندان تلاش می‌کنند کربن دی‌اکسید انتشار یافته در طبیعت را بدون صرف انرژی زیاد به ماده‌ای ارزشمند تبدیل کنند.

ما انسان‌ها در سال ۲۰۱۴ ۳۵.۹ گیگاتن کربن دی‌اکسید را وارد اتمسفر زمین کرده‌ایم. عمده‌ی این کربن دی‌اکسید طی سوختن زغالسنگ و گازهای طبیعی در نیروگاه‌های برق، تولید کودهای شیمیایی، تولید سیمان و سایر فرآیندهای صنعتی تولید شده است. لیندن آرچر (Lynden Archer)، مهندس شیمی دانشگاه کرنل (Cornell university) می‌گوید: «اگر شیمیدان‌ها بتوانند کربن دی‌اکسید را جمع آوری کرده و مانند کاری که گیاهان می‌کنند آن را تبدیل به بلوک‌های شیمیایی برای ساخت مواد دیگری کنند، کربن دی‌اکسید دیگر یک تهدید نخواهد بود، بلکه هدیه‌ای از طبیعت محسوب می‌گردد.»

دانشمندان برای سال‌ها تلاش می‌کردند کربن‌ دی‌اکسید خارج شده از اگزوز خودروها و دودکش نیروگاه‌ها را جمع آوری کرده و آن را به اعماق زمین تزریق کنند. اما اگر کشورها یارانه‌های دولتی به این امر اختصاص ندهند، فرآیند جداسازی این گاز و تزریق آن به زمین از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. یکی از راه‌های پیشنهادی دانشمندان تزریق کربن دی‌اکسید به چاه‌های قدیمی نفت است. اما با وجود قیمت پایین نفت این کار نیز اقتصادی نخواهد بود. اما طرفداران کربن نظر دیگری دارند. آن‌ها اعتقاد دارند که می‌توان با ذخیره‌سازی کربن دی‌اکسید آزاد شده در اتمسفر، از آن در ساخت مواد خام استفاده کرد و این منجر به جایگزینی چنین روشی در پتروشیمی و رسیدن به صنایع سبزتر خواهد شد.

البته این گروه از محققان با یک مسئله‌ی مهم شیمی روبرو هستند. کربن دی‌اکسید یک مولکول پایدار است و انرژی چندانی در پیوندهایش ذخیره نشده است. برای استفاده از این مولکول، محققان ناچارند انرژی بیشتری به آن بدهند، عمدتاً از راه حرارت دادن که احتیاج به الکتریسیته دارد. الکتریسیته از نیروگاه‌های برق می‌آید که باید نفت و گاز را بسوزانند. در نتیجه دوباره کربن دی‌اکسید بیشتری وارد اتمسفر خواهد شد.

مهندسان، شیمیدانان و سایر پژوهشگران معتقدند که تکنیک‌های نوین این چشم‌انداز را تغییر داده‌اند. پائول بونج (Paul Bonje)، دانشمند ارشد گروه انرژی و محیط زیست بنیاد ایکس پرایز (Xprize Foundation) امیدوار است که جایزه‌ی بزرگی که برای ارائه‌ی راه حل این مشکل در نظر گرفته شده، گروه را به پیشرفت سریع‌تر ترغیب کند. در مسابقه‌ی بنیاد ایکس پرایز، چهل گروه پژوهشی با هم رقابت می‌کنند. جایزه‌ی گروه برنده بیست میلیون دلار است. گروه برنده در بهار سال ۲۰۲۰ اعلام خواهد شد. در واقع برنده گروهی است که بتواند کربن دی‌اکسید بیشتری را به مواد ارزشمند تبدیل کند. بعضی گروه‌ها در تلاشند آن را به پلیمر، سوخت به جای بنزین و مواد شیمیایی صنعتی تبدیل کنند.

بونج می‌گوید: «در طولانی مدت، می‌توان مواد شیمیایی شرکت‌های مختلف را به وسیله‌ی کربن دی‌اکسید تولید کرد و نوعی صنعت کربن به راه انداخت. تغییرات آب و هوایی و گرمایش زمین به حدی جدی است که ما باید راه حل‌های چندگانه را در نظر بگیریم.»

اکنون سوال اینجاست که چگونه می‌توان واکنش‌های جدیدی یافت و سازوکارهای جدیدی تعریف کرد تا کربن دی‌اکسید را دوباره قابل استفاده کرد؟ یک راه حل پیشنهادی وجود دارد. یک پیل سوختی برق تولید می‌کند، در حالی که کربن دی‌اکسید را به یک ماده‌ی شیمیایی دیگر تبدیل می‌کند. یکی از گروه‌های پژوهشی از دانشگاه کرنل در این راستا، کربن دی‌اکسید را در یک راکتور نمونه با اکسیژن و آلومینیوم ترکیب می‌کند تا اکسالات تولید کند. اکسالات‌ها در ساخت اسید، زنگ‌زدایی، رنگ‌رزی پارچه و سایر موارد شیمیایی صنعتی استفاده می‌شوند. آرچر، عضو هیئت داوری گروه کرنل می‌گوید: «برای این فناوری سازگار با محیط زیست، ابتدا انرژی زیادی مصرف می‌شود، اما سپس این انرژی به شما بازگردانده خواهد شد. این پدیده ما را شگفت‌زده کرد.»

پیل  بر روی هوا و آلومینیوم کار می‌کند. درون آن، اکسیژن با یک الکترود که از جنس آلومینیوم است واکنش می‌دهد و آلومینیوم سوپراکسید تولید می‌شود که به شدت واکنش‌پذیر است. این ماده با کربن دی‌اکسید وارد واکنش شیمیایی شده و اکسالات آلومینیوم تولید می‌شود. پیل سوختی مقداری از انرژی این واکنش‌ها را ذخیره کرده و هنگامی که نیاز به اعمال ولتاژ بالاتر باشد، این انرژی مصرف می‌شود. گویی برق تولید شده بیشتر از برق مصرفی است. فلز مورد نظر در این فرآیند مصرف می‌شود. به همین دلیل انتخاب فلز مناسب نکته‌ای کلیدی است. گروه پژوهشی آلومینیوم را برگزید زیرا فراوان و ارزان است. حتی با وجودی که استخراج آلومینیوم نیازمند انتشار کربن دی‌اکسید در اتمسفر است، اما تولید اکسالات کافی این مورد را جبران می‌کند. البته ماده‌ی اولیه‌ی پیل‌های سوختی، نوعی مایع یونی به عنوان الکترولیت است که گرانقیمت بوده و مقرون به صرفه نیست. اگر گروه نتوانند جایگزینی برای این الکترولیت بیابند، احتمالاً این فناوری پایدار نخواهد بود.

اکسالات‌ها مواد شیمیایی ویژه‌ای هستند که ترکیب‌های کربن در آن‌ها به کار رفته است. اما رسیدن به آن هدف بزرگی است. هم اکنون در نیروگاه آزمایشی اسکایونیک در سن‌آنتونیو، کربن دی‌اکسید منتشر شده از یک کارخانه‌ی سیمان به آهک و اسید تبدیل می‌شود. شرکت فناوری سولیدی هم از کربن دی‌اکسید در ساخت بتن استفاده می‌کند. دیگر شرکت‌ها آن را به پلاستیک، سوخت‌های جایگزین و مواد اولیه‌ی شیمیایی تبدیل می‌کنند. هاوارد هرزوگ (Howard Herzog)، مهندس ارشد پژوهش‌های انرژی دانشگاه ام‌آی‌تی می‌گوید: «بسیاری از این طرح‌ها فقط تا حدی خوب و قابل قبول هستند و قابلیت اجرا ندارند. کربن دی‌اکسید انرژی مصرف می‌کند و در نهایت انرژی بیشتری را به ما نخواهد داد. این موضوع را قوانین ترمودینامیک به ما می‌گویند.»

هرزوگ اذعان می‌کند که ممکن است برخی از شرکت‌ها از این روش‌ها به سود دهی برسند، اما شک دارد که این مسیر اثر قابل توجهی بر روی محیط زیست و اقلیم بگذارد. او می گوید: «در سال ۲۰۰۵ پژوهش بزرگی را درباره‌ی ذخیره‌سازی کربن دی‌اکسید منتشر شده در اتمسفر انجام دادیم. نتایج آن پژوهش هنوز هم قابل استناد و صحیح هستند. بر اساس این تحقیقات، حتی اگر موفق شویم با روشی مقرون به صرفه کربن دی‌اکسید را به ماده‌ای ارزشمند تبدیل کنیم، نمی‌توانیم درصد قابل توجهی از کربن دی‌اکسید منتشر شده را ذخیره و تبدیل کنیم. در نهایت تنها درصد کوچکی از کربن دی‌اکسید موجود در جو، ذخیره و مصرف می‌شود.»

کندرا کوهل (Kendra Kuhl)، یکی از بنیان‌گذاران مؤسسه‌ی اپوس۱۲ (Opus12)، در حال ساخت یک رآکتور الکتروشیمیایی برای تبدیل کربن دی‌اکسید به پلیمر است. گروه اپوس12 قرار است در رقابت ایکس پرایز شرکت کنند. کوهل می‌گوید: «ما به راه‌های جدید شیمی احتیاج داریم. با توجه به حجم انتشار کربن دی‌اکسید در اتمسفر و هزینه‌های موجود، باید روشی کاملاً نوین اتخاذ شود تا با توجه به ادامه‌ی حفاری برای سوخت‌های فسیلی، به بالاترین بهره‌وری در پتروشیمی برسیم.»

منبع: