هل يمكن إنقاذ مناخنا بإزالة الكربون من السماء؟

تخيل: يتم الضغط على المفتاح، وفي لمح البصر، يتم استبدال كل عملية تقذف التلوث القاتل إلى السماء بشيء نظيف ومستدام. للأسف، حتى ذلك الحين، ستظل الأرض تتجه نحو كونها غير صالحة للسكن بفضل كل الكربون الذي قمنا بإلقائه هناك بالفعل. إذا أردنا البقاء على قيد الحياة، فيجب سحب كل هذه النفايات إلى الأرض وبسرعة. يعتقد أنصار الالتقاط الجوي المباشر أنه سلاح حيوي لإنجاز هذه المهمة؛ يقول منتقدوها إنها غير فعالة إلى درجة أنه من الأفضل أن نجرب أي شيء آخر أولاً.

التقاط الهواء المباشر

ببساطة، الالتقاط المباشر للهواء (DAC) هو ممارسة إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي عن طريق سحب الهواء من خلال مرشح ميكانيكي أو كيميائي. يتم سحب الهواء عادةً من خلال نظام DAC عبر مروحة واحدة أو أكثر، بينما تتم التصفية باستخدام مادة صلبة (تُعرف باسم المادة الماصة) أو باستخدام سائل (يُعرف باسم المذيب). بمجرد التقاطه، يتم تطبيق الحرارة أو الكهرباء على مادة الفلتر لإزالة ثاني أكسيد الكربون، وذلك لإعادة استخدام الفلتر وتجهيز ثاني أكسيد الكربون للمضي قدمًا. غالبًا ما تكون هذه المرحلة الأخيرة هي الجزء الأكثر استهلاكًا للطاقة، وبالتالي الأكثر تكلفة، في العملية. ونظرًا لكمية الهواء التي يجب تنظيفها (كلها) حتى ينجح هذا الأمر، يجب أن تكون DAC فعالة في استخدام الطاقة قدر الإمكان.

وتتلخص الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة للقيام بذلك في وضع حد لمداخن العمليات كثيفة الكربون، مثل المصانع أو محطات توليد الطاقة بالوقود الأحفوري، لمنع إطلاق المزيد من ثاني أكسيد الكربون. لكن هذا لا يفعل شيئا للحد من فائض ثاني أكسيد الكربون الموجود بالفعل في الغلاف الجوي. ولهذا السبب يميل بعض العلماء ورجال الأعمال إلى المقامرة على نباتات DAC في الهواء الطلق لتنظيف السماء.

ال تشرح نوا أنه في عام 1960، كان الإنسان يضخ 11 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون في الهواء كل عام. وبعد مرور نصف قرن، أصبح هذا الرقم الآن أقرب إلى 40 مليار نسمة، ولهذا السبب يشكل العمل على خفض الانبعاثات أهمية بالغة. ولكن حتى لو تمكنا من خفض جميع انبعاثاتنا الجديدة إلى الصفر، فلا يزال يتعين علينا معالجة 950 جيجا طن أو نحو ذلك من ثاني أكسيد الكربون الكامنة في الغلاف الجوي بالفعل. وفي وقت كتابة هذا التقرير، كان ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي كما سجله مختبر المراقبة العالمي التابع لـ NOAA في ماونا لوا هو 422.38 جزء في المليون. الإجماع العلمي هو أن أي رقم يزيد عن 350 جزءًا في المليون سيؤدي إلى هلاك كارثي للبشرية وحالة الكوكب بشكل عام.

في شهر يونيو من هذا العام، جامعة أكسفورد نشرت دراسة تقول إننا إذا أردنا الحد من ارتفاع درجة الحرارة إلى 1.5 درجة فقط (وهو ما سيكون كارثيا)، فسوف تحتاج البشرية إلى استخراج ما بين سبعة إلى تسعة مليارات طن من ثاني أكسيد الكربون من الهواء كل عام بحلول عام 2050. إعلان مؤتمر الأطراف 28 تدعم الدول الموقعة إلقاء ثقلها وراء تقنيات احتجاز الكربون. الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) يقول هنالك لا يوجد طريق قابل للحياة لتجنب تغير المناخ ما لم يتم سحب كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون من الهواء. كان هذا هو الوضع الراهن لفترة من الوقت: في عام 2017، قال تحالف من العلماء البارزين بقيادة البروفيسور جيم هانسن إنه من الضروري أن تبدأ البشرية في إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي بشكل جماعي.

ما يجب القيام به مع كل ثاني أكسيد الكربون

بمجرد قيام DAC بامتصاص الكربون غير المرغوب فيه من الهواء، يجب وضعه في مكان ما. خيار واحد، هيئة المسح الجيولوجي البريطانية ويوضح، هو تحويل ثاني أكسيد الكربون بسهولة وبتكلفة معقولة إلى صورته فوق الحرجة، والتي تتصرف مثل السائل السائل. ويمكن بعد ذلك تخزين هذا السائل تحت الأرض بعد حقنه في الصخور المسامية، حيث تبدو حقول النفط القديمة وطبقات الفحم أماكن مثالية. صناعة النفط والغاز يستخدم هذا النهج فعليًا لتعزيز الإنتاج في الحقول الموجودةحيث يملأ ثاني أكسيد الكربون السائل المساحة، مما يدفع المزيد من النفط نحو موقع الاستخراج. لكن وكالة الطاقة الدولية (IEA) ورقة إحاطة يشير تقرير الالتقاط المباشر للهواء إلى أن أكثر من نصف إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي التي يتم استردادها سوف تحتاج إلى عزلها.

من الواضح أن استخراج المزيد من الوقود الأحفوري من الأرض لحرقه لا يفيد المناخ كثيراً، ومن الأفضل أن تستثمر حكومات العالم في احتجاز الكربون بشكل فعال لمنعنا من الغليان حتى الموت. ومن حسن الحظ أن تركيز البشرية على حلول السوق، فإن إعادة تدوير بعض ثاني أكسيد الكربون غير المحتجز قد يتحول إلى صناعة في حد ذاتها.

ويمكن أيضًا تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود اصطناعي في محركات الاحتراق التقليدية. السفر الجوي هو المثال الأكثر وضوحا، خاصة وأن حجم ووزن البطاريات يجعل من المستحيل تقريبا بناء طائرة جامبو كهربائية. ويمكن أيضًا استخدام ثاني أكسيد الكربون المستعاد كقاعدة للمنتجات الشائعة غير الوقودية، بما في ذلك مواد البناء، وفي المنتجات الكيماوية والزراعية، ناهيك عن إضافة الفوران إلى مشروباتنا.

Holocene هي واحدة من العديد من الشركات التي تتطلع إلى تحويل استخراج ثاني أكسيد الكربون إلى عمل تجاري طويل الأجل قابل للحياة من خلال بيع أرصدة إزالة الكربون للشركات الكبرى. يتمثل نهجها في سحب الهواء من خلال الماء الذي تم دمجه مع حمض السلى الذي يرتبط بثاني أكسيد الكربون. يتم بعد ذلك دمج خليط الماء وثاني أكسيد الكربون مع الجوانيدين، الذي يحول ثاني أكسيد الكربون إلى مادة صلبة يمكن تصفيتها بسهولة، مما يسمح بإعادة استخدام مياه الأحماض الأمينية. يتم بعد ذلك تسخين ثاني أكسيد الكربون الصلب إلى درجة حرارة منخفضة، والتي تفصل الجوانيدين عن ثاني أكسيد الكربون الغازي، ويكون جاهزًا للاستخدام أو العزل. يعتقد الهولوسين أن المذيبات القابلة لإعادة الاستخدام (والمعالجة الكيميائية القابلة لإعادة الاستخدام) جنبًا إلى جنب مع الحرارة المنخفضة الحرارة تجعل نهجها أكثر فعالية من حيث التكلفة من نهج منافسيها.

وتتطلع Mission Zero أيضًا إلى تطوير طريقة منخفضة التكلفة لشراء كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. فهو يسحب الهواء إلى أجهزته ثم يطبق مذيبًا مائيًا. ولكن بدلاً من معالجة هذا المزيج كيميائيًا، فإنه يستخدم التحليل الكهربائي وعملية التبادل الأيوني لتنقية السائل واستخراج ثاني أكسيد الكربون. ومن هناك، يمكن إعادة استخدام السائل ويمكن دفن ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى تحت الأرض أو تحويله إلى منتجات قابلة للحياة. وتقول الشركة إن عمليتها الكهروكيميائية تعد بالمثل أكثر تكلفة وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة من العديد من الشركات الأخرى العاملة في هذا المجال.

نظرًا للحساسيات التجارية المعنية، ليس من السهل الحصول على فهم حقيقي لتكلفة استخراج ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي باستخدام DAC في الهواء الطلق. اعتمادًا على المكان الذي تنظر إليه، يمكن أن يصل الرقم إلى 600 دولار للطن، ولكن الرقم الأكثر شيوعًا يتراوح بين 300 دولار و400 دولار. لسنوات، كانت الحكمة السائدة هي أن لجنة المساعدة الإنمائية بحاجة إلى الوصول إلى مستوى بتكلفة 100 دولار للطن الواحد من أجل أن تصبح مجدية اقتصاديا.

في وقت سابق من هذا العام، ذهبت شركة رأس المال الاستثماري الألمانية Extantia Capital التي تركز على المناخ حفر في مصدر ذلك 100 دولار شيبوليث وإرجاعها إلى ورقة من شركة DAC المبكرة هندسة الكربون في عام 2018 عندما نشرت ورقة بحثية توقعت أن تنخفض تكلفتها على المدى الطويل إلى ما لا يقل عن 94 دولارًا للطن. وفجأة، أصبحت عبارة “أقل من 100 دولار للطن” هي المعيار الذي تلتزم به جميع شركات DAC الأخرى. ولكن، كما كتب Torben Schreiter من Extantia، كان هذا الرقم مرتبطًا أيضًا بأسعار الدولار لعام 2016، لذلك لم ينمو مع التضخم. في عام 2023، المنتدى الاقتصادي العالمي وقالت إن تكلفة الالتقاط الجوي المباشر يجب أن تنخفض “إلى أقل من 200 دولار للطن” قبل اعتمادها على نطاق واسع.

لا يهم إذا كانت أهدافك بيئية أو صناعية، فنحن نعلم أن حجم ثاني أكسيد الكربون الذي يجب استخراجه من الغلاف الجوي كبير. ولكي يكون ذلك قابلاً للتطبيق، يجب أن تنخفض تكلفة الاستخراج بدرجة كبيرة. قد يكون المقياس الأكثر نضجًا هو أن التسعير يتماشى مع، أو أقل، من تكلفة التدفق الدائم لثاني أكسيد الكربون كسلعة.

“كل أساليب DAC هذه تستخدم أ حزمة قال كيتون روس، الرئيس التنفيذي لشركة Holocene، للطاقة. يقول روس إن تكلفة هذه الطاقة هي التي تجعل سعر التقاط الهواء المباشر أعلى مما يجب. وهو يعتقد أن الأنظمة القائمة على الحرارة (مثل نظام الهولوسين) من المرجح أن تفوز في النهاية لأن الحرارة يمكن أن تأتي من أي عدد من المصادر ذات الأسعار المعقولة. كانت هذه الادعاءات المتعلقة بالقدرة على خفض تكاليف DAC مقنعة بدرجة كافية لدرجة أن Google استثمرت في سبتمبر في الهولوسين وتعهدت بشراء أرصدة الكربون منه في المستقبل.

صرح الدكتور نيكولاس تشادويك، الرئيس التنفيذي لشركة Mission Zero، لموقع Engadget أن شركته تستهدف حوالي 350 دولارًا للطن بحلول عام 2026، لكن هذا الرقم “يعتمد على سعر محدد للكهرباء”. وهو يعتقد أن هذا السعر “أفضل بكثير مما هو متاح في سوق السلع الأساسية”، مما يجعل من البديهي للصناعات التي تعتمد على ثاني أكسيد الكربون أن تبدأ في الشراء من Mission Zero.

حواجز الطرق

الاعتراض الواضح على الالتقاط المباشر للهواء هو أنه على الرغم من وجود الكثير من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، إلا أنه لا يزال يمثل نسبة صغيرة نسبيًا من الكل. لقد سمعت أن العملية توصف بأنها التنقيب عن الذهب في المحيط، وتكاليف الطاقة وحدها ستجعلها غير مجدية على النطاق اللازم. في عام 2022، معهد اقتصاديات الطاقة والتحليل المالي ادعى بصراحة أن العملية “ببساطة لن تنجح”. كان جزء من الاعتراض هو أنه يمكن (ولا يزال) استخدامه لتعزيز استخلاص النفط، ولكن أيضًا عندما يتم تشغيل مرافق DAC، فإنها غالبًا ما تكون أقل فعالية بكثير في احتجاز ثاني أكسيد الكربون مما وعدت به في البداية.

في عام 2023 مقال نشرته نشرة علماء الذرة وأعرب عن غضبه من قيام وزارة الطاقة الأمريكية باستثمار 600 مليون دولار في أحد هذه المشاريع. وقال مؤلفوها إن تكاليف الطاقة اللازمة لتصفية هذا القدر الكبير من الهواء لاستخراج 0.04% فقط من إجماليه تتجاوز بكثير الطرق الأخرى الأقل تكلفة لتقليل الانبعاثات، وأنه لن يكون هناك أي تحسن كبير في الفيزياء والكيمياء. وهذا من شأنه أن يجعل التقاط الهواء المباشر أكثر كفاءة بشكل كبير. قالوا، بصراحة، “من الغباء أن نبني اليوم شيئًا لن نحتاج إليه لمدة 50 عامًا، هذا إن حدث ذلك على الإطلاق.”

وقال تشادويك إن الكثير من الانتقادات الموجهة إلى لجنة المساعدة الإنمائية تركز على الجدوى الفنية لها، والتي يقول إنها نقطة خاطئة. “هناك الكثير من العمليات الصناعية حيث توجد الديناميكا الحرارية رهيبوقال: “انظر إلى الأمونيا، لقد استغرق الأمر سنوات وسنوات للوصول بالعائد إلى ما هو عليه الآن”. وقال إن ما دفع تلك العمليات غير الفعالة هو “الحتمية الاقتصادية لها في السوق”. “عندما يثبت شخص ما أنه قادر على القيام بذلك [Direct Air Capture] مقابل 200 دولار للطن، تختفي كل هذه الحجج».

تحدث كل من تشادويك وروس عن أهمية الحجم للمساعدة في تسريع هذه الصناعة التي لا تزال ناشئة. في عام 2023، بدأت شركة Carbon Engineering و1PointFive وOccidental أعمال البناء على مشروع نبات ستراتوس وفي تكساس، من المتوقع أن يمتص، عند اكتماله، 500 ألف طن من ثاني أكسيد الكربون من الهواء سنويًا. ومع ذلك، كلاهما متفائل بأن المشاريع قيد الإنشاء حاليًا ستساعد المهندسين على حل هذه الأسئلة. إنه طريق طويل جدًا لنقطعه قبل أن نصل إلى مليارات الأطنان التي يعتقد الخبراء أننا سنحتاج إلى استخراجها ليكون لدينا أمل في البقاء.