جمع آوري دي اکسيد کربن؛ چگونه؟

مجموعه: چرا ، زیرا و چگونه

بشر امروز ميان خير و شر حوزه انرژي گير افتاده است. سؤال بزرگ اين است که آيا بايد بشر خود را از اين مخمصه رها کند يا خير؟ اگر ما مي خواهيم هوا و اقليم خود را به زماني برگردانيم که تمدن بشري در آن شکوفا شد و حيات بر روي زمين رونق گرفت، بايد دي اکسيد کربن موجود در جو از حالت فعلي 385 پي پي ام (ppm) (*) به حدود 350 پي پي ام کاهش يابد. براي اين که بتوانيم به اين هدف برسيم بايد تا سال 2030 هر جاي زمين که ذغال سنگ سوزانده مي شود را تعطيل کنيم.

چگونگي رها شدن از مخصمه چالش انرژي، سؤال بزرگ قرن 21 قلمداد مي شود و خيلي ها گمان مي کنند پاسخ دادن به آن بسياري از نيازهاي بشر را نيز پاسخ خواهد گفت. و سرنوشت سياره اي که در آن زندگي مي کنيم، يعني همان وطن بزرگ ما، زمين را مشخص خواهد کرد.

در روزگار حاضر انرژي يک بخش جدا افتاده از اقتصاد نيست، بلکه همه اقتصاد بشر است. «جان مينارد کينز» اقتصاددان بزرگ اعتقاد داشت، از زماني که تاريخ براي بشر شناخته شد، استانداردهاي زندگي نيز وضعيت ديگري پيدا کرد و در قرن 18 ميلادي که بشر نحوه استفاده از ذغال سنگ براي احتراق موتور را فراگرفت، اين استانداردها مضاعف شد و پي برد که چگونه از نبوغ و مهارت هاي خود براي پيشبرد استانداردهاي زندگي استفاده و از انرژي با قيمت مناسب استفاده کند.

استانداردهاي زندگي در جهان غرب که از انرژي استفاده فراواني مي کرد، به دليل ظهور جهان صنعتي و دنياي توسعه يافته ناگهان و به صورت خيره کننده اي رشد کرد. در اين عصر ديگر بشر از روش هاي ساده تبديل نور آفتاب به انرژي استفاده نمي کرد و صرفاً به طبيعت متکي نبود. غذاهايي که از طبيعت به دست مي آورد و حيواناتي که کارهايش را انجام مي دادند ديگر کارايي کافي نداشت و کم کم کنار گذاشته شد و بشر ياد گرفت چگونه از ذخيره اي که پس از ميليون ها سال در اثر انباشته شدن سنگواره حيوانات در زمين ايجاد و به ذغال سنگ و نفت تبديل شده بود، استفاده کند.

به عبارت بهتر، در اين دوران بشر به ميراث دار خوش شانس قرن ها ذخيره انرژي تبديل شده بود و با دسترسي به اين منبع عظيم، بدون آن که تعمق کند و به پايان پذير بودن آن بينديشد، به صورت گسترده از آن استفاده کرد. اين استفاده گسترده و لجام گسيخته، بشر امروز و جهان توسعه يافته پيرامون او را به وجود آورد.

غالب تحولات و انقلاب هاي علمي که در قرن اخير روي داد از انقلاب صنعتي، شيميايي، الکترونيک و حتي اطلاعاتي گرفته تا همه تحولات ديگر، ناشي از انرژي جديدي بود که مانند خوني تازه در رگ هاي اقتصاد جريان پيدا کرده. اين تحولات، يک نام ديگر نيز داشت و آن "انقلاب بزرگ مصرفي" بود.

حدود نيم قرن پس از پايان جنگ جهاني دوم، روياي آمريکايي براي بسياري از افراد در نقاط مختلف جهان محقق شد و افراد توانستند خانه هاي بزرگي را در کنار يکديگر بسازند و آن را با انبوهي از وسائل جديد پر کنند. آنها بهترين الگوهاي سوزاندن سوخت را به دست آوردند، خانه هاي بزرگي ساختند، وسائل و امکانات بيشتري را در آن انباشتند و خودروهاي بزرگ و وسائل برقي فراواني را به کار گرفتند.

در واقع آمريکايي ها با ابداع چنين الگويي در زندگي روش مصرف کردن انرژي را به جهان نيز منتقل کردند. آنها از طريق برنامه هاي تلويزيوني خود به دنيا نشان دادند که چگونه مي توانند در آسايش و رفاه زندگي کنند، اما هيچ وقت فکر نکردند که شايد روزي اين انرژي به پايان برسد. دورنماي زندگي بشر اين بود که همه ثروتمند شوند. به عبارت بهتر، در اين برنامه هر کسي بايد بتواند به اندازه کافي از اين انرژي سهم ببرد، اما مشخص بود که دردسرهايي نيز در اين مسير ظاهراً درخشان، بروز مي کند.

نسل اول نيروگاه هاي متکي بر ذغال سنگ زماني در آمريکا و انگلستان ابرهاي سياهي را بالاي سر خود توليد مي کردند، اما حالا در چين و بسياري از نقاط ديگر جهان هم اين کار را انجام مي دهند. به عبارت بهتر، کشورهاي شرقي نيز ياد گرفتند که چگونه مانند غربي ها انرژي را بسوزانند و دود سياه ناشي از آن را به هوا بفرستند. تا اوائل دهه 90 ميلادي همه چيز ظاهراً خوب پيش مي رفت، هيچ کس به فکر آلودگي هاي ناشي از سوزاندن اين همه انرژي نبود و کسي هم تمايل نداشت به چنين مسئله اي فکر کند.

شايد 20 سال پيش معدودي افراد به موضوع گرم شدن کره زمين و تبعات ناشي از آن فکر مي کردند. 5 سال پيش کسي با مفهومي موسوم به «اوج مصرف نفت» آشنا نبود. اما امروزه بحث گرمايش زمين و اوج مصرف نفت دو مفهوم درهم تنيده اي هستند که بسياري از گزينه هاي بشر براي استفاده از انرژي را محدود مي کنند. اين دو مفهوم به خوبي مي توانند به ما نشان دهند که آينده بشر در چه مسيري قرار گرفته است. آينده اي که در آن بشر عملاً در استفاده از انرژي به بن بست خواهد رسيد و از ترس آلوده کردن محيط زيست و جوي که در آن زندگي مي کند، شايد ديگر قادر نباشد به راحتي گذشته اين انرژي را بسوزاند.

آينده اي که ناگهان همه چيز درست از نقطه عکس آن چيزي که فکرش را مي کرديم، شروع خواهد شد. مراجعه به فرمول ها، اعداد و ارقام رياضي کمي مي تواند اين آينده را براي ما بيشتر تبيين کند. اداره اطلاعات انرژي آمريکا سال گذشته پيش بيني کرد، مصرف انرژي جهان تا سال 2030، 50 درصد افزايش خواهد يافت. اين عدد ظاهراً عدد رندي است و نشان دهنده تمايل فزاينده مردم نقاط مختلف جهان براي داشتن وسايل جديد از قبيل يخچال، تلويزيون، فريزر، موتورسيکلت و دستگاه هاي تهويه هوا در نقاط گرمسير خواهد بود. با اين حال، اين عدد به تنهايي نمي تواند چالش هاي مهم فراروي بشر را توضيح دهد.

درست است که تا سال 2030 مصرف انرژي بشر 50 درصد افزايش پيدا مي کند، اما درست در همان زمان ميزان ذخاير نفت نيز به شدت کاهش خواهد يافت. در نوامبر 2008 آژانش بين المللي انرژي برآوردهايي را ارائه کرد که براساس آنها توليد نفت خام جهان هر ساله 6/7 درصد کاهش پيدا مي کند. رقمي که مي تواند در گذر زمان، روندي وحشتناک تر به خود بگيرد. براي مقابله با آثار تهديد آميز چنين کاهشي در توليد نفت، کشورهاي نفت خيز در خاورميانه بايد مخازن جديدي از نفت را کشف کنند، اما بسياري از تحليل گران بر اين باورند که بشر ديگر قادر به توليد نفت بيشتر نيست و اوج مصرف و توليد نفت اتفاق افتاده است.

شايد برخي از افراد خوش بين گمان کنند با پيدا کردن مخازن و ميدان هاي جديد نفتي، بتوان باز هم توليد نفت را افزايش داد، اما عملاً افزايش خيره کننده قيمت نفت در سال هاي گذشته و رسيدن آن به رقم 147 دلار در هر بشکه نشان داد که بالاتر از سياهي رنگي نيست. رکود عظيم اقتصادي و کاهش يکباره قيمت نفت و رسيدن آن به ارقام بسيار پايين درستي اين ادعا را نشان داد. کنترل قيمت گاز در دوران هاي رکود اقتصادي نيز عملاً نتوانسته راه درماني براي حل اين مشکل باشد. گزينه هاي بشر براي مقابله با اين روند چيست؟

بعضي مي گويند سوخت هاي فسيلي ديگري مانند گاز نيز وجود دارد، اما واقعيت اين است که گاز طبيعي نيز مدت زمان کوتاهي مهمان ما خواهد بود. يکي از جايگزين هاي طبيعي که در اين زمينه پيشنهاد مي شود، ذغال سنگ است، ولي مخازن ذغال سنگ جهان نيز به شدت کاهش يافته است. علاوه بر اين، ذغال سنگ به دليل اين که سوزاندن آن، انبوهي از دي اکسيد کربن را در جو منتشر کند و دي اکسيد کربن مهم ترين دليل و ريشه اصلي گرم شدن کره زمين است، کثيف ترين سوخت موجود در اختيار بشر قلمداد مي شود. گرمايش زمين نيز مانند بحث اوج نفت با سرعت و شتاب خيره کننده اي در حال رشد است. مثلاً در تابستان سال 2007 درصد زيادي از يخ هاي قطبي، آب شد. براساس برآوردهاي انجام شده در پايان تابستان 22 درصد اين يخ ها آب شده بود و حجم کل يخ ها نسبت به سال قبل 22 درصد کاهش يافته بود. ادامه روند آب شدن يخ ها در تابستان سال بعد باعث شد گذرگاه هاي شمال غربي و شمال شرقي در قطب شمال به صورت همزمان باز شوند و براي اولين بار بشر اين امکان را پيدا کرد تا از گذرگاه هاي باز آبي به منطقه قطب شمال سفر کند.

اين ذوب يخ ها 30 سال قبل از پيش بيني هاي ابر رايانه اتفاق افتاد و نشان داد که ما بيش از آن چه فکر مي کنيم در حال گرم کردن سياره محل سکونت خود هستيم. هيچ گونه توجيه ديگري در اين زمينه وجود ندارد. آب شدن يخ هاي قطبي با اين سرعت بالا نشان مي دهد که تهديد گرمايش زمين بسيار جدي است. به عبارت بهتر، امروز ديگر به جاي صفحات زيبا و دلنشين يخ که در منطقه قطب شمال وجود داشت و مانند يک آينه بزرگ 80 درصد از پرتوهاي خورشيدي را مجدداً به فضا منعکس مي کرد، در حال حاضر يک برکه بزرگ آب قرار دارد که 80 درصد پرتوهاي خورشيد را به خود جذب مي کند.

اين همان روش تشديد کننده گرم شدن کره زمين است، به عبارت بهتر، ما خودمان طبيعت را به روزي انداخته ايم که چنين گرمايي را جذب کند. رشد خيره کننده انتشار گازهايي مانند دي اکسيد کربن و متان که يکي ديگر از گازهاي گلخانه اي قلمداد مي شود نيز در اين گرم شدن بسيار نقش دارد. اين گرم شدن تأثيرات مخربي نيز بر رشد گياهان و محصولات کشاورزي دارند، به طوري که طولاني شدن فصل گرما در بسياري از مناطق باعث از بين رفتن ده ها ميليون هکتار درخت در آمريکاي شمال غربي شده است و آتش سوزي هاي گسترده اي که در اين جنگل ها به وجود مي آيد، نتيجه مستقيم از بين رفتن همين درخت ها است که به يکباره آتش مي گيرند.

شايد بشر مستقيم اين بلا را به سر خودش نياورده باشد، اما اثرات آن مستقيماً وي را تهديد مي کند. ماشين ها و کارخانه هايي که ما در اختيار داريم باعث واکنش هاي گسترده اي در طبيعت شده است. البته جاي شگفتي نيست. زيرا ما ذخيره و انباشت هيدروکربن ميليون ها سال تنها ظرف چند دهه مصرف کرديم و به حالت دي اکسيد کربن به جو زمين فرستاديم پس مشکل اصلي خود ما هستيم.

حتي امروزه يعني چند دهه بعد از اين که عموم مردم جهان از گرم شدن کره زمين آگاه شده اند، هنوز بشر در حال شتاب بخشيدن به مصرف خيره کننده خود است. داده ها و ارقام و اعداد علمي حاکي از افزايش چشمگير نرخ خشکسالي است، زيرا گرم شدن هواي کره زمين باعث تبخير بيشتر آب و رفتن آن به جو زمين و در نتيجه افزايش نرخ سيل و باران هاي سيل آسا و طوفان ها مي شود. مي دانيم که آب تبخير شده اي که به جو فرستاده مي شود بلافاصله بايد در قالب باران هايي به زمين برگردد. افزايش نرخ سيل و طوفان ها عملاً باعث افزايش بيماري و حشرات موذي مولد بيماري مي شود. نکته حائز اهميت ديگر اين است که آب شدن يخ هاي قطبي، مصرف آب شرب مناطق بسيار زيادي از آسيا و نقاط ديگر شبه قاره را با خطر مواجه مي کند.

پژوهش هاي جديد بر روي يخ هاي قطبي نشان مي دهد که منطقه غربي قطب شمال مي تواند در آينده خطرات جديدتري نيز براي ما به وجود بياورد، چرا که در اثر آب هاي گرمي که در قطب شمال در پي آب شدن يخ ها به وجود آمده بسياري از صفحات يخ از پيکر اصلي خود جدا شده و به سمت اقيانوس حرکت مي کنند.

نتايج يکي از پژوهش هايي که در پاييز سال گذشته منتشر شد نشان مي دهد که افزايش سطح آب درياها به اندازه حدود 2 متر در آينده اي نزديک اتفاق خواهد افتاد. اين ميزان افزايش يک رقم تکان دهنده براي تمدن بشري خواهد بود، چرا که چنين افزايش سطح آبي مي تواند بسياري از سواحل زيباي دنيا را با حوادثي مواجه کند که در طوفان هاي اخير نيواورلئان اتفاق افتاد. همين طوفان ها بسياري از زمين هاي حاصلخيز جهان را به سرنوشت دلتاي ميانمار که در آن سيل سنگيني جاري شد و عملاً زمين ها را از بين برد، دچار مي کند.

به اين ترتيب، بسياري از فعاليت هاي توليدي و مولد بشر با خطرات جدي مواجه خواهد شد و ما به قاتلان طبيعت تبديل خواهيم شد. اين فجايع بزرگ را شايد بتوان با فجايع هسته اي که بشر براي خود به وجود آورد، مقايسه کرد. انبوه خساراتي که از اين مسير به بشر مي رسد، شايد از فجايع هسته اي اتفاق افتاده نيز بيشتر باشد. "جيمز کانتن" يکي از اقليم شناسان برجسته، اعداد و ارقام وحشتناک ديگري را در اين زمينه ارائه کرده است. او و همکارانش در پژوهشي رابطه تاريخي ميان کربن جوي و افزايش آب درياها را در طول تاريخ بشر مورد مطالعه قرار دادند. بنابر پژوهش آنها تا قبل از انقلاب صنعتي، هوايي که ما استشمام مي کرديم به ازاي هر يک ميليون ذره تنها 275 ذره معلق دي اکسيد کربن داشت، اما بعد از انقلاب صنعتي اوضاع کاملاً دگرگون شده است. نتيجه اي که "جيمز کانتن" و گروه تحقيقاتي اش گرفتند اين است که اگر ما مي خواهيم هوا و اقليم خود را به زماني برگردانيم که تمدن بشري در آن شکوفا شد و حيات بر روي زمين رونق گرفت، بايد دي اکسيد کربن موجود در جو از حالت فعلي 385 پي پي ام (ppm) (*) به حدود 350 پي پي ام کاهش يابد.

در حال حاضر ميزان دي اکسيد کربني که بشر توليد مي کند، بسيار بالا است و دليل اصلي ذوب شدن يخ هاي قطبي نيز همين است. به عبارت بهتر، گرمايش زمين تنها مشکلي نيست که آيندگان بخواهند به آن بپردازند، بلکه مشکل و بحران حاد فعلي بشر امروز نيز قلمداد مي شود. به اين ترتيب، عدد 350 پي پي ام براي دي اکسيد کربن به مهم ترين عدد موجود در کره زمين تبديل شده است و همه بايد براي رسيدن به آن تلاش کنند.

رسيدن به اين عدد نيازمند اعمال تغييرات گسترده در مقياس هاي بسيار بزرگ است. کانتن در اين باره مي گويد: براي اين که بتوانيم به اين هدف برسيم بايد تا سال 2030 هر جاي زمين که ذغال سنگ سوزانده مي شود را تعطيل کنيم و اين تعطيلي مصرف ذغال سنگ بايد در جهان توسعه يابد و بسيار سريع تر اتفاق بيفتد." بعضي از فناوري هاي موجود اين امکان را مي دهند که دي اکسيد کربن سوزانده شده از دودکش کارخانه ها ذخيره شده و مجدداً به زير زمين منتقل شوند، اما اين فناوري ها هنوز توسعه مطلوبي پيدا نکرده است. اما بسياري معتقدند تعطيل کردن اقتصادي که متکي بر سوخت هاي فسيلي است خسارات مالي گسترده اي براي بشر در بر خواهد داشت. مخالفان اين مباحث نيز اعتقاد دارند هنوز مي توان از فناوري هاي قديمي سوزاندن سوخت هاي فسيلي براي توسعه زندگي بشر استفاده کرد و اين فناوري ها هنوز کارايي خود را دارند. در عين حال بشر بايد روش هاي جايگزيني براي تأمين انرژي پيدا کند و يافتن منابع جديد وظيفه اي نيست که بر عهده نسل هاي بعدي باشد، بلکه همين نسل بايد براي پيدا کردن چنين منابعي تلاش کند.

آيا مي توانيم ذغال سنگ را از زندگي بشر حذف کنيم؟

کاهش وابستگي به ذغال سنگ و مبارزه با تغييرات اقليمي، وعده هايي است که در مورد استفاده و استقرار سامانه هاي انرژي پاک داده مي شود، اما بسياري از کارشناسان زبده در اين حوزه اعتقاد دارند که ذغال سنگ پاک اساساً يک ضد و نقيض گويي به تمام معنا است. دعواي اصلي در اين زمينه بر روي مفهوم کلمه پاک است. ذغال سنگ يکي از منابع اصلي انرژي است و اين منبع انرژي وافر حاوي بسياري از آلاينده ها نظير دي اکسيد سولفور، نيتروژن و جيوه است. براي ابداع ذغال سنگ پاک عملاً بايد عناصر آلاينده از آن حذف شود. سولفور مدت ها است از ترکيب اصلي ذغال سنگ جدا شده است و اين جداسازي با شستشوي ذغال سنگ قبل از سوزاندن و خرد کردن آن به وجود مي آيد. سپس با استفاده از وسايل ديگر و دستگاه هاي جديد که کار مايع سازي را انجام مي دهند، ذغال سنگ در دماي خنک تري مي سوزد و سوختن در دماي پايين تر باعث توليد مقدار کمتري اکسيد نيتروژن مي شود.

به اين ترتيب، بسياري از نيروگاه هاي استفاده کننده از ذغال سنگ در حال حاضر 95 درصد مواد آلاينده موجود در اين ماده که به توليد باران هاي اسيدي مي انجامند را حذف کرده اند. اين روش شايد به لحاظ استانداردهاي تاريخي بتواند نوعي ذغال سنگ پاک قلمداد شود، اما هنوز همين ذغال سنگ پاک نتوانسته عامل اصلي گرمايش زمين يعني دي اکسيد کربن را از بين ببرد.

بسياري از پيشنهاد دهندگان و فعالان اين حوزه معتقد به استفاده از روش هاي جديدي مانند جمع آوري کربن و ذخيره آن هستند که در اين حالت دي اکسيد کربن از ذغال سنگ در هنگام سوزاندن جدا شده و به يک مخزن ذخيره سازي هدايت و سپس از طريق فناوري مربوط مجدداً به زير زمين تزريق مي شود. فرآيندي که مي تواند ميزان انتشار دي اکسيد کربن را تا 90 درصد کاهش دهد. منتقدان اين روش نيز معتقدند؛ جمع آوري دي اکسيد کربن و هدايت آن به زير زمين بازدهي نيروگاه هاي استفاده کننده از ذغال سنگ را کاهش مي دهد و باعث مي شود تقاضاي آنها براي سوزاندن ذغال سنگ بيشتر شود.

مدار هوشمند چيست؟

فرض کنيد که جريان خون در بدن شما فقط در يک جهت سيلان دارد. اگر چنين مسيري را بتوانيد تصور کنيد دقيقاً توانسته ايد حالت مدارهاي جديد و هوشمند برق را نيز تجسم کنيد. اين مدارها حدود يک قرن پيش ابداع شد که در آنها جريان انتقال برق به ايستگاه هاي ثانويه و خطوط انتقال کاملاً يک طرفه بود، اما اين جريان يک طرفه معضلات و چالش هايي نيز دارد، چه اين که امکان کنترل نبض جريان در طول مسير وجود ندارد و اگر جايي از مسير جريان برق از دست برود امکان احيا وضعيت در آن نقطه وجود نخواهد داشت، اما امروزه که بحث بازدهي مصرف انرژي به صورت فزاينده اي جاي خود را در محافل علمي باز کرده، نوع امکانات مورد استفاده در اين مدارها نيز ارتقا يافته است تا بتوانيم مدار هوشمند را تعبيه کنيم.

به عبارت بهتر، در سيستم مدارهاي هوشمند به جاي استفاده از يک سيستم يک طرفه که تنها برق را توزيع مي کند، نوعي مدار هوشمند قرار داده مي شود که به توده ها اين امکان را مي دهد تا برق خود را توليد کنند و هر ايستگاهي که برق توليد مي کند مازاد توليد خود را به مرکز مي فرستد تا براي مصارف ديگر ذخيره يا فرستاده شود. تمام مراحل اين کار با کمک مزارع باد، صفحات خورشيدي و ساير ژنراتورهاي کوچک برق انجام مي شود.

در مدار هوشمند ويژگي کوچک ديگري نيز در حوزه توزيع و توانايي محاسبه قرار گرفته است که مانند اينترنت عمل مي کند و به آن اين امکان را مي دهد هر زماني که بخواهد سيستم را رصد کرده و براساس نيازهاي سيستم، توليد را تنظيم کند. براي مثال: يک ماشين لباسشويي در زماني که مدار در حالت برگشت برق قرار دارد مي تواند به کار خود ادامه دهد. وقتي در نقطه اي از مدار دستگاهي برق را به صورت عظيم مصرف مي کند، توليد کننده هاي کوچک تر برق که در نقاط ديگر وجود دارند، مي توانند اين نوع مصرف را جبران کنند و اين مسئله باعث مي شود ديگر مصارف کوچک برق مثلاً روشنايي معابر يا ايستگاه ها از کار نيفتد و مدار به کار خود ادامه دهد. نتيجه پاياني اين که مدار هوشمند مداري است که مي تواند عرضه را با تقاضا هماهنگ کند و بازدهي را بالا ببرد و در عين حال نياز به نيروگاه هاي برقي جديد را نيز کاهش دهد، اما در کنار همه اين مزيت ها استقرار يک مدار برق ملي هوشمند ميلياردها دلار هزينه در برخواهد داشت.

منبع: نشنال جئوگرافيک

منبع: نشريه دانشمند، شماره 581..