الكربون هو جيكل وهايد في الجدول الدوري - جزء ملاك ، جزء شيطان. يطلق عليه أحيانًا اسم "واهب الحياة" يشكل الكربون بنية كل خلية في أجسامنا ومعظم الأشياء التي نأكلها ونستخدمها ونثمنها ، من الفيتامينات إلى الكمان والدونات إلى الماس. كان الكربون مهمًا لتطور الكون منذ 14 مليار سنة ، وهو حيوي تمامًا لتقنيات المستقبل.
ثاني أكسيد الكربون مهم بنفس القدر للغلاف الجوي. إنه يحبس حرارة الشمس ، وبدونه سيكون كوكبنا باردًا بشكل مستحيل. لكن الأنشطة البشرية - بشكل أساسي حرق الوقود الأحفوري - زادت من ثاني أكسيد الكربون2 مستويات بنحو 50 في المائة ، من 270 جزء في المليون في فجر الثورة الصناعية إلى 415 جزء في المليون اليوم. آخر مرة الغلاف الجوي CO2 كانت مستويات هذا الارتفاع قبل أكثر من 3 ملايين سنة. ما يثير قلق العلماء هو تسارع الانبعاثات ، الذي كان على مدار الستين عامًا الماضية أسرع بنحو 60 مرة من الزيادات الطبيعية السابقة ، كما هو الحال في نهاية العصر الجليدي الأخير.
توجيه الكوكب نحو مسار 1.5 درجة مئوية
منذ اتفاقية باريس في عام 2015 ، أصبحت فكرة المسار الذي يحد من الاحترار العالمي إلى 1.5 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة أمرًا بالغ الأهمية. للحصول على فرصة حتى لبلوغ هذا الهدف ، غازات الدفيئة العالمية (GHG) يجب أن تبلغ الانبعاثات ذروتها بحلول عام 2025 على أبعد تقدير وأن تنخفض بنسبة 43 في المائة بحلول عام 2030وتحقيق صافي صفر في موعد أقصاه عام 2050. يجب أن تأتي الغالبية العظمى من هذه التخفيضات من إزالة الكربون من صناعاتنا وزراعتنا وأنماط حياتنا. معيار الصافي صفر للاحترام الأهداف المستندة إلى العلم، على سبيل المثال ، تدعو الشركات إلى إزالة الكربون من 90 في المائة من سلاسل القيمة الخاصة بها بحلول عام 2050.
ولكن على الرغم من الجهود المبذولة لإزالة الكربون من الأنشطة البشرية ، فإن "إزالة ثاني أكسيد الكربون" أو CDR ، ستلعب دورًا حيويًا ، لثلاثة أسباب. أولاً ، من الصعب للغاية إزالة الكربون تمامًا من بعض القطاعات الصناعية الأساسية ولكن "التي يصعب تخفيفها" ، مثل الطيران بعيد المدى والأسمنت والصلب. ثانيًا ، يصدر نظام الأرض نفسه المزيد من غازات الاحتباس الحراري مع استمرار ارتفاع درجة حرارة الأرض. ثالثًا ، نحتاج إلى التراجع عن الانبعاثات القديمة من الماضي ، وكذلك إزالة الانبعاثات الحالية والمستقبلية بلا هوادة لمنع تجاوز محتمل لهدف 1.5 درجة مئوية.
لا يسعنا الانتظار ومعرفة ما إذا كان مجلس الإنماء والإعمار ضروريًا. يجب أن نبدأ في بناء القدرات اللازمة في الوقت الحالي لإزالة ثاني أكسيد الكربون بشكل فعال2 من الغلاف الجوي ، بالتوازي مع - وليس بدلاً من - مضاعفة جهود إزالة الكربون. وفقًا للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC): يعد CDR "عنصرًا رئيسيًا في السيناريوهات التي من المحتمل أن تحد من الاحترار إلى 2 درجة مئوية أو أقل، بصرف النظر عما إذا كانت الانبعاثات العالمية تصل إلى مستويات قريبة من الصفر أو صافي صفر أو صافي سلبي ".
ببساطة: الطريقة التي يتجه بها العالم حاليًا مع ثاني أكسيد الكربون2 التخفيف ، من غير المرجح أن نصل إلى صافي الصفر العالمي بحلول عام 2050 ونحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى 1.5 درجة مئوية ، دون توسيع نطاق تقنيات إزالة الألغام الأرضية لتقديم مليارات الأطنان المترية من عمليات الإزالة كل عام.
طرق عديدة لإزالة أول أكسيد الكربون2، لكننا نحتاج إلى التكنولوجيا وكذلك الطبيعة
يمكن إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي عن طريق العمليات الطبيعية أو التكنولوجية أو الهجينة. تعد زراعة مليارات الأشجار واستعادة أراضي الخث من الحلول المناخية الطبيعية التي تمتص ثاني أكسيد الكربون2 مع تحقيق العديد من فوائد النظام البيئي ، مثل تعزيز التنوع البيولوجي وهطول الأمطار ، مع الحد من تلوث الهواء والماء. ومع ذلك ، في حين أن الحلول القائمة على الطبيعة حيوية ، تظل النظم البيئية مثل الغابات عرضة لحرائق الغابات والتدهور ، مما يهدد قدرتها على حبس الكربون إلى أجل غير مسمى. تعد قابلية التوسع أيضًا تحديًا لأن التشجير ، على سبيل المثال ، يمكن أن يتنافس مع الزراعة واستخدامات الأراضي الأخرى.
تهدف العمليات التكنولوجية إلى معالجة مشكلة إزالة الكربون بشكل دائم عن طريق التقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون2 إلى أجل غير مسمى ، عادة في شكل معادن صلبة أو في طبقات صخرية عميقة تحت الأرض. التقنيات الرائدة هي التقاط الهواء المباشر مع تخزين الكربون (DACCS) والطاقة الحيوية مع احتجاز الكربون وتخزينه (BECCS).
يستخدم DACCS بنوكًا من المراوح (تعمل بالطاقة الخالية من الأحافير بالطبع) لامتصاص الهواء إلى الهياكل الصناعية حيث يمكن نشر مجموعة من المرشحات الكيميائية لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون2 الجزيئات. يتم بعد ذلك إعادة توليد مادة المرشح لتحرير ثاني أكسيد الكربون النقي2 يمكن دفنها في أعماق الأرض. رائد في DACCS ، هندسة الكربون، تقوم ببناء منشأة في حوض بيرميان الغني بالنفط والغاز في غرب تكساس والتي من المتوقع أن تلتقط مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون2 عام - أي ما يعادل تقريبًا قدرة استيعاب 40 مليون شجرة - عندما يبدأ العمل في عام 2024.
BECCS هي عملية تلتقط وتخزن ثاني أكسيد الكربون2 المنبعثة من محطات توليد الطاقة التي تحول الكتلة الحيوية إلى حرارة أو كهرباء أو وقود سائل أو غازي. يمكن لـ BECCS معالجة العديد من أنواع "المواد الأولية" ، بما في ذلك المخلفات من الغابات والزراعة والطحالب ومحاصيل الطاقة. عملية التقاط ثاني أكسيد الكربون2 من الهواء تم بالفعل عن طريق التمثيل الضوئي الضروري لنمو الكتلة الحيوية. ولكن لكي تكون سالب الكربون ، من الضروري ألا تفوق البصمة الكربونية لزراعة وحصاد ونقل ومعالجة هذه المواد الأولية حجم الكربون الذي أزالته الكتلة الحيوية نفسها خلال فترة نموها. هناك مخاوف أخرى مع BECCS أيضًا - يمكن أن تؤدي زراعة كميات كبيرة من محاصيل الطاقة الحيوية المخصصة إلى تحويل الغابات والأراضي الزراعية الموجودة ، والتي بدورها قد تهدد الأمن الغذائي والمائي ، وتشريد المجتمعات ، وتطلق الكربون المخزن في الأشجار والتربة ، وتهدد التنوع البيولوجي.
تم التخطيط لإنشاء مصنع BECCS جديد في السويد من قبل ستوكهولم Exergi، مصمم لمعالجة بعض عيوب التكنولوجيا وإثبات أنه من الممكن تزويد المدينة بالتدفئة والكهرباء أثناء إزالة ثاني أكسيد الكربون2 من الجو. لتوليد الحرارة والطاقة ، ستحرق المحطة بقايا الغابات ، ومناشر الخشب ، وإنتاج اللب والورق. يتم الحصول على الكتلة الحيوية من مصادر محلية ، مما يقلل من انبعاثات الكربون. شركة CO2 المنبعثة أثناء الاحتراق سيتم التقاطها وضغطها وتبريدها في صورة سائلة ، ثم حقنها في طبقات الصخور العميقة تحت بحر الشمال حيث ستستقر أكثر بمرور الوقت. تعتقد شركة Carbon Engineering أن المصنع لديه القدرة على التقاط 800,000 طن متري من ثاني أكسيد الكربون2 في السنة - أكثر من إجمالي انبعاثات حركة المرور على الطرق في ستوكهولم.
تحمل تقنيات احتجاز الكربون وتخزينه أيضًا الاحتمال المثير لـ "الكربون المستدام". خذ الطيران ، على سبيل المثال. في هذا الوقت ، لا توجد طريقة للالتفاف حول حرق الهيدروكربونات لتحقيق كثافة الطاقة المطلوبة للرحلات الطويلة. لكن يمكن لمصنع DACCS أو BECCS إنشاء حلقة مغلقة عن طريق سحب الكربون من الهواء لإعادة استخدامه كمواد وسيطة لإنتاج الكيروسين الاصطناعي. هذه العملية ، والمعروفة باسم وقود طيران مستدام من "القدرة إلى السوائل" (PtL SAF), يمكن أن يخفض انبعاثات الطيران بنسبة تصل إلى 90 في المائة. يمكن استخدام عملية مماثلة لصنع ميثانول إلكتروني منخفض الكربون للشحن.
تظهر العديد من تقنيات CDR الهجينة - الطبيعة الجزئية ، والتكنولوجيا الجزئية - واعدة. على سبيل المثال ، تتضمن "التجوية المحسنة" نشر صخور السيليكات المطحونة بدقة على سطح الأرض أو البحر لتعزيز امتصاص الكربون. تستخدم عملية أخرى الفحم الحيوي ، وهو نوع من الكربون مصنوع من أي مادة عضوية يتم تسخينها في غياب الأكسجين. عند إضافته إلى التربة ، يمكن للفحم الحيوي تخزين الكربون لفترات تتراوح من عقود إلى آلاف السنين. يجلب فوائد إضافية ، جدا: من خلال تحسين قدرة التربة على الاحتفاظ بالمغذيات والرطوبة ، يساعد biochar على تقليل الحاجة إلى الأسمدة ويمنع جريان المياه ، وبالتالي استعادة الإنتاجية الزراعية للتربة الهامشية.
المقياس مهم ، وكذلك الديمومة
المنتدى الاقتصادي العالمي تحالف المحركون الأولون, التي تهدف إلى تسريع إزالة الكربون من سبعة قطاعات صناعية "يصعب الحد منها" والتي تمثل 30 بالمائة من الانبعاثات العالمية ، بما في ذلك CDR كأحد أهدافها الأساسية. يدعو تحالف First Movers أعضائه إلى الالتزام بإزالة ما لا يقل عن 50,000 طن متري ، أو ما يعادل 25 مليون دولار من عمليات إزالة الكربون بحلول عام 2030 - "بالإضافة إلى الحد الأقصى من جهود الحد من الانبعاثات المباشرة".
لقد وضع التحالف معايير عالية للغاية. أولاً ، يجب أن يكون أي نهج CDR دائمًا - حيث يتم التقاط الكربون وتخزينه لأكثر من 1,000 عام. ثانيًا ، يجب أن تكون قابلة للتطوير - الحلول التي يمكن أن تخزن ما لا يقل عن مليون طن متري (1 ميغا طن ، أو 1 مليون طن) من الكربون بحلول عام 1 ومليار طن متري (2030 جيجا طن ، أو 1 جيجا طن) بحلول عام 1. وهناك معياران آخران مهمان هما التكلفة والتحقق.
الحجم مهم. حديثا تقرير لجنة انتقالات الطاقة حول كيف يمكن أن يساعد CDR في الحفاظ على 1.5C على قيد الحياة قدّر حجم CDR المطلوب تقريبًا: "لتحييد تأثير التجاوز المحتمل لميزانية الكربون قبل منتصف القرن ، تشير سيناريوهاتنا إلى الحاجة إلى ما لا يقل عن 70-225 جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون2 من عمليات الإزالة التراكمية من الآن وحتى عام 2050. " هذا ما بين 2.5 مليار و 8 مليار طن متري من CDR كل عام.
إذن كيف تقيس تقنيات CDR الحالية مقابل هذه المعايير الصارمة؟
لدى كل من DACCS و BECCS القدرة على التقاط 5 مليارات طن متري (5 جيجا طن) من الكربون سنويًا وتخزينها لأكثر من 1,000 عام ، بالإضافة إلى أنها عمليات سهلة للتحقق. لكنها باهظة الثمن ، حيث تكلف 110-270 دولارًا لكل طن متري لـ BECCS و 600 دولار أو أكثر لكل طن متري لـ DACCS.
الفحم الحيوي والعوامل الجوية المحسّنة ، على الرغم من أنها أقل نضجًا مثل التقنيات ، يمكن أن يولد كل منهما 3-4 جيجا طن سنويًا بتكلفة 50-160 دولارًا فقط لكل متر اليوم. ولكن في حين أن التجوية المحسنة ستجتاز على الأرجح اختبار الدوام ، فإن معظم طرق الفحم الحيوي الحالية يمكنها فقط ضمان التخزين لمدة تصل إلى 500 عام. ومع ذلك ، فإن تحالف First Movers Coalition يشجع أعضائه للوقوف وراء جميع تقنيات CDR الأربعة الناشئة.
طلب بدء التشغيل في السوق على CDR
كما هو الحال مع العديد من الابتكارات ، يعود التقدم إلى النقد الصعب. يفتقر مجلس الإنماء والإعمار إلى سوق لدفعه إلى الأمام. يبدو أنه من غير المنطقي دفع 600 دولار لمصنع DACCS لإزالة طن متري واحد من ثاني أكسيد الكربون2 عندما يمكنك إنفاق 30 دولارًا لكل طن متري على بديل يعتمد على الطبيعة. ومع ذلك ، على المدى المتوسط إلى الطويل ، نحن بحاجة ماسة إلى هذه التقنيات الناشئة لإزالة ثاني أكسيد الكربون2 بالمقياس والاستمرارية اللذين يتطلبهما كوكبنا. لذلك ، يجب على شخص ما اتخاذ الخطوة الأولى وبدء السوق.
ساعدت شركة إعادة التأمين العالمية Swiss Re في تشكيل التحدي الذي طرحه تحالف First Movers لكل عضو للالتزام بما لا يقل عن 50,000 طن متري ، أو 25 مليون دولار أمريكي من إزالة الكربون الصافي الدائم والقابل للتطوير بحلول عام 2030. Swiss Re هي واحدة من خمسة مؤسسين لـ مرفق NextGen CDR ، وهو نادٍ للمشترين ملتزم بشراء أكثر من مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون الذي تم التحقق منه2 عمليات الإزالة بحلول عام 2025. الهدف هو زيادة تقنيات إزالة الكربون بشكل كبير مثل DACCS و BECCS وتحفيز السوق لإزالة الكربون عالي الجودة.
إن إظهار طلب السوق يرسل إشارة حيوية للمبتكرين للارتقاء إلى المستوى التالي. كل تكرار لتقنيتهم الوليدة يزيد العرض بحوالي عشرة أضعاف ، مما يخلق خطرًا يتمثل في عدم مواكبة الطلب. لذا فإن هدف تحالف المحركات الأولى هو العثور على عدد كافٍ من مشتري CDR لجعل التقنيات قابلة للتمويل. تحسبًا لوفورات الحجم في المستقبل ، وعدت شركة NextGen المشاركين فيها بوضع حد أقصى لمتوسط تكلفة ثاني أكسيد الكربون2 من خلال المرفق بسعر 200 دولار للطن المتري.
ومع ذلك ، هذا ثمن باهظ. سيحدث بعض التوسع من خلال أسواق الكربون الطوعية ، ولكن من غير المحتمل أن نصل إلى جيجا طن متري من عمليات إزالة الكربون بحلول عام 2050 دون تدخل تنظيمي. أعطى الرئيس جو بايدن الصناعة دفعة كبيرة من خلال قانونه الأخير لخفض التضخم. جزء من 369 مليار دولار من الأموال العامة المخصصة للمناخ يتضمن دعم 130-180 دولار للطن المتري من CO2 إزالة. هذه واحدة من العديد من الخطوات التي يمكن أن تتخذها الحكومات لتحفيز صناعة الوقود الأحفوري التي تبلغ قيمتها تريليون دولار للانتقال إلى صناعة إدارة الكربون بتريليون دولار ، بما يتماشى مع أهداف حماية المناخ العالمية.
