بررسی  اجمالی بر منابع تولید و روش های کاهش گاز CO2

بررسی  اجمالی بر منابع تولید و روش های کاهش گاز CO2

CO2 بعنوان یک مشکل جهانی و اصلی ترین گاز با اثر گلخانه ای مورد توجه بسیاری از دولتها و شرکتها بوده و خواهد بود. با توجه به گرمایش زمین و خطرات حاصل از آن در آینده نزدیک کنترل و کاهش انتشار CO2 از الزامات بین المللی خواهد شد. و به زودی از شروط ورود در عرصه بین المللی داشتن برنامه و پیاده سازی سازو کارهای کنترل و کاهش انتشار CO2  باشد.
در این نوشته سعی شده است کلیاتی در خصوص CO2 آورده شود که نشان دهنده پتانسیل های موجود برای فعالیت می باشد. برخی از این فعالیتها میتوانند اکنون تجاری سازی شوند و برخی دیگر در آینده باید تجاری شوند.

1-    منابع تولید CO2

 از منابع اصلی تولید میتوان به موارد زیر اشاره نمود:

i    انرژی 73.2%

-    صنایع 24.2% 
آهن و فولاد 7.2%
شیمی و پتروشیمی 3.6%
غذا و تنباکو 1% 
فلزات غیر آهنی 0.7%
کاغذ 0.6%
تولید ماشین آلات 0.5%
باقی صنایع 10.6%
-    ماشین آلات کشاورزی و ماهی گیری 1.7%
-    حمل و نقل 16.2% 
جاده ای 11.9%
هوایی 1.9% 
دریایی 1.7% 
ریلی 0.4% 
-    خطوط لوله 0.3% 
-    مصارف ساختمانی 17.5% 
-    ساختمان های خانگی 10.9%
-    ساختمان های اداری 6.6% 
-    انرژی های غیر فسیلی 7.8%  

ii    تولید مستقیم در صنایع 5.2%

-    سیمان 3%
-    شیمیایی و پتروشیمی 2.2%

iii    ضایعات و پسماند ها 3.2% 

-    پسماند ها 1.3%(بیشتر تولید اکسید های نیتروژن و متان)
-    لندفیل 1.9% (بیشتر تولید متان)

iv    کشاورزی، جنگلکاری و کاربری زمین 18.4%

-    چمنزارها 0.1%
-    زمین های زراعی 1.4% 
-    جنگل زدایی 2.2% 
-    سوزاندن باقی مانده های کشاورزی 3.5%
-    کاشت برنج 1.3% ( تولید متان)
-    کود های نیتروژنی 4.1% ( تولید اکسید های نیتروژن )
-    دامپروری 5.8% ( بیشتر تولید اکسید های نیتروژن و متان ) 

2-    راه های کاهش تولید CO2  

روشهای زیادی برای کاهش انتشار CO2 وجود دارد که در صنایع میتوان به مواردی چون افزایش بازدهی ، تبدیل سوخت ، ایجاد CHP ، استفاده از انرژی های تجدید پذیر ، بازیافت مواد و در نهایت جذب و ذخیره CO2 در مبدا اشاره نمود.

در نشست پاریس 2016 موارد زیر مورد توافق قرار گرفت:

i    انرژی 
افزایش تولید برق تجدید پذیر از 23.7% در 2015 به 30% در 2020.

ii    زیرساختها
هزینه کرد سالانه 300 میلیارد دلار برای بدون کربن کردن ساختمانها و زیرساخت ها .

iii    حمل و نقل
الکتریکی کردن وسایل نقلیه از 1% موجود به 15 درصد و بالا بردن 20 درصدی بازدهی وسایل نقلیه احتراقی.

iv    زمین
کاهش جنگل زدایی و تشویق به استفاده از تکنیک های کشاورزی برای مصرف کربن دی اکسید در خاک.

v    صنعت
صنایع باید تا سال 2050 انتشار CO2 خود را به نصف برسانند .

vi    مالی
بسیج نمودن سرمایه های خصوصی در حد 1000 میلیارد دلار برای بهبود وضعیت هوا و تشکیل پیوند های سبز.

3-    روشهای جمع آوری CO2 

در سال 2019 به مقدار 40 میلیون تن CO2 از صنایع جمع آوری و ذخیره می شود. 
در سطح جهانی 51 مرکز جمع آوری و ذخیره CO2 در حال بهره برداری یا ساخت هستند.

به لحاظ موقعیت سیستم جمع آوری CO2 میتوان سه روش را بررسی نمود:

-    جمع آوری CO2 بعد از احتراق ( از اگزوز)
-    جمع آوری CO2 قبل از احتراق ( گرفتن CO2 از سوخت که این روش برای نیروگاه ها در ابتدای راه است)
-    سوزاندن سوخت در اکسیژن تقریبا خالص ( غلظت بالای CO2 و جمع آوری راحت تر)

بطور کلی میتوان روشهای جمع آوری CO2 را به شرح زیر طبقه بندی نمود:

-    حلال جاذب
-    جذب فیزیکی
-    جدا سازی غشایی
-    جداسازی برودتی
-    روشهای دیگر

CO2 جمع آوری شده ابتدا فشرده می شود و سپس از طریق خط لوله ، کشتی و گاها قطار و وسیله نقلیه به محل مصرف ارسال می شود.
CO2 برای ذخیره سازی در مخازن بزرگ زیر زمینی تزریق می شود. این مخازن معمولا مخازن نفت خام و گاز ، سازندهای عمیق آب شور و بستر های ذغال سنگ می باشد.  
   

4-    موانع گسترش سیستم های جمع آوری CO2 

موانعی در مسیر جمع آوری CO2 وجود دارد به طور خلاصه در زیر آورده شده است:

-    هزینه احداث سیستم های جمع آوری و فشرده سازی و همچنین تاثیر قابل توجه بر کاهش بازدهی فرایند و افزایش مصرف آب
-    چالش های حمل و نقل که هزینه بر بوده و نیاز به انرژی دارد.
-    ملاحظات ذخیره سازی که در طولانی مدت ممکن است مخازن ذخیره کافی نباشد. همچنین زلزله میتواند ذخیره در مخازن زیر زمینی را به خطر اندازد.
برای رفع این موانع سعی شده است روش های دیگری مانند تبدیل نمودن CO2 به مواد معدنی جایگزین شود. 
-    عدم اطمینان به حمایت عمومی 
در بخش های زیر سعی شده است روش های استفاده مستقیم و استفاده در تولید سوخت و مواد شیمیایی با ارزش بررسی گردد. در مواردی که به هزینه ها اشاره شده است برآورد تا سال 2050 می باشد و هزینه منفی نشانه سود ده بودن در حال حاضر می باشد.

 
5-    مراکز مصرف مستقیم CO2 

مراکز مصرف مستقیم CO2 بطور کلی به شرح زیر می باشد:

-    تزریق در چاه های نفت برای بازدهی بیشتر نفت ( EOR ) که هزینه ای در حدود 40- تا 60- دلار برای هر تن CO2 دارد. 
-    خردایش سنگ ها مانند بازالت و بخش کردن در سطح زمین برای جذب مستقیم CO2 از هوا و تزریق CO2 در برخی مناطق در خاک های کشاورزی. که در صورت انجام این کار در زمینهای کشاورزی میتواند بازدهی کشاورزی را بالا ببرد. این فرایند هزینه ای در حدود 90- تا 20- دلار برای هر تن CO2 دارد.  
-    استفاده های گسترده مانند یخ خشک ، نوشابه سازی ، سرمایش و خنک کاری ، جوشکاری صنعتی ، خنثی سازی پساب قلیایی ، افزایش هدایت الکتریکی آب خالص ، خاموش کننده آتش ، 
 

6-    محصولات قابل تولید از CO2 

استفاده از CO2 یک فرایند صنعتی است برای تولید یک محصول با ارزش به صورت یک ماده شیمیایی یا یک سوخت. در زیر به برخی اشاره شده است:
-    تجزیه CO2 به اجزای تشکیل دهنده توسط کاتالیزور و ایجاد واکنش برای تولید متانول ، اوره یا پلیمر با هزینه 80- تا 300 دلار برای هر تن CO2
-    ترکیب CO2 با هیدروژن برای تولید سوخت شامل متانول و Syngas که البته هزینه این روش بالا می باشد و تا حدود 670 دلار برای هر تن براورد می شود.
-    استفاده از Microalgae و سپس فرآوری biomass برای تولید محصولاتی مانند سوخت و مواد شیمیایی با ارزش. هزینه این روش نیز بالا و در حدود 230 تا 920 دلار برای هر تن CO2 است.
-    استفاده از CO2 برای گیرش سیمان و یا تولید مصالح ساختمانی. هزینه این روش 30- تا 70 دلار برای هر تن CO2 می باشد. 
-    استفاده از CO2 برای تولید الوار در جنگل های موجود یا جدید. هزینه این روش در حدود 40- تا 10 دلار برای هر تن CO2 برآورد شده است.
-    تولید انرژی بیولوژیک با استفاده از پرورش گیاه و درخت و سوزاندن محصولات آن ( BECCS ) . هزینه این روش در حدود 60 تا 160 دلار برای هر تن CO2 است.
-    تولید بیوشار از تجزیه گیاهان در حرارت بالا و در غیاب اکسیژن برای افزایش بازدهی زمینهای زراعی. هزینه برآوردی در حدود 65- دلار به ازای هر تن CO2 می باشد.