كيفية إزالة ثاني أكسيد الكربون من مياه البحر

تُزيل كابتُرا ثاني أكسيد الكربون من المحيط الهادئ بحيث يسحب الماء المالح بشكل طبيعي المزيد من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. إليكم الكيفية:

1. يتم سحب تيار من مياه البحر المُصفّاة بواسطة غربال إلى المنشأة.
2. يتم تحويل جزء صغير من مياه البحر (حوالي 0.5 بالمائة) ومعالجتها مسبقًا لإنتاج ماء مالحة مُلين.
3. يمر الماء المُلين عبر وحدة الفصل الكهربي، التي تُطبق جهدًا كهربائيًا. تُفصل أغشية مُختارة الأيونات الأملاح والماء إلى أيوناتها المُكوّنة بناءً على شحنتها، مُشكّلة تيارات حمضية (حمض الهيدروكلوريك) وقاعدية (هيدروكسيد الصوديوم).
4. يُضاف التيار الحمضي إلى تيار مياه البحر الأصلي البالغ 99.5 بالمائة، حيث يتفاعل مع الكربون غير العضوي المُذاب فيه، مُحوّله إلى ثاني أكسيد الكربون المُذاب.
5. لاستخراج ثاني أكسيد الكربون المُذاب، يسحب فراغ مياه البحر عبر مُلامس غاز-سائل.
6. يُضاف التيار القاعدي الناتج من وحدة الفصل الكهربي إلى مياه البحر المُحمّضة، المُنخفضة في ثاني أكسيد الكربون، لمعادلة الحمض.
7. يتم إطلاق مياه البحر المُنخفضة في ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى في المحيط حيث يمكنها امتصاص ثاني أكسيد الكربون الجوي.

تُستخدم محطات تحلية المياه عادةً أنظمة التحليل الكهربائي. لجعل الواحدة منها مُجدية لـ التقاط الكربون، قام مهندسو شركة كابتورا بتحسين التصميمات التجارية عن طريق
[[LINK32]] تطوير أغشية عالية الأداء[[LINK32]] تقلل من التكاليف واستهلاك الطاقة، وبتغيير هندسة مجموعة الأغشية. لتقليل استهلاك الطاقة بشكلٍ أكبر وتمكين النظام من العمل على مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة مثل الطاقة المتجددة، قامت كابتورا بتصميم التحليل الكهربائي ليعمل لفترة أقصر، مثلًا خلال فترات من اليوم يكون فيها الكهرباء رخيصة، أو عندما تكون الشمس مشرقة.

يمكن لمُجرب شركة كابتورا في ميناء لوس أنجلوس إزالة حوالي 100 طن من ثاني أكسيد الكربون
₂ سنوياً من مياه البحر. وسوف تُحصل المَحطة الجديدة للشركة قيد الإنشاء في هاواي على كمية أكبر بعشرة أضعاف، وهو ما يمكن للشركة قياسه بشكلٍ دقيق.

مشاكل وحلول في التقاط الكربون البحري

ما لا يُمكن قياسه بسهولة هو ما يحدث بعد إرجاع المياه المُنَزِعَة من ثاني أكسيد الكربون إلى البحر. من الناحية النظرية، إذا تم سحب 1000 طن من ثاني أكسيد الكربون اصطناعياً من الطبقة العليا من المحيط، فسوف يسحب المحيط في النهاية 1000 طن من ثاني أكسيد الكربون من الهواء. وسرعة حدوث ذلك تعتمد على تيارات المحيط ودرجات الحرارة والرياح.

يُستغرق حوالي عام، في المتوسط، لكي يتساوى تركيز ثاني أكسيد الكربون على سطح المحيط من خلال التبادل الطبيعي للغازات بين الهواء والماء، عندما يكون الفرق في تركيز ثاني أكسيد الكربون بين الهواء والماء صغيراً، حسبما تقول تشو. لكن إزالة ثاني أكسيد الكربون الاصطناعية ستُحدث اختلافات أكبر في التركيز، لذا من المحتمل أن تستغرق عملية التوازن وقتاً أطول، كما تقول.

إثبات أيٍّ من ذلك بقياساتٍ ماديةٍ كافيةٍ، مع ذلك، أمرٌ شبه مستحيلٍ لأنّه يتطلب أخذ عيناتٍ من الماء عبر مساحاتٍ شاسعةٍ من المحيط وإعادتها إلى المختبرات على اليابسة. من شأن الأتمتة أن تساعد. “من المُثالي أن نُصغّر المُستشعرات التي نُمكن من وضعها على منصاتٍ ذاتيةٍ الحركةٍ في المحيط ونحصل على الكثير من البيانات عبر المكان والزمان”، يقول
[[LINK34]] كاتيا فنل [[LINK34]]، عالمة محيطاتٍ في جامعة دالهاوسي في هاليفاكس، كندا.

ستقيس هذه المُستشعرات مقاييسٍ أساسيةً مثل القلوية، والكربون غير العضوي المُذاب، والـpH، والضغط الجزئي لغاز ثاني أكسيد الكربون (pCO₂)، وهو الضغط الذي يُمارسه ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر، مُشيرًا إلى مقدار ثاني أكسيد الكربون الموجود. تتوفر مستشعرات لقياس الـpH والضغط الجزئي لغاز ثاني أكسيد الكربون (pCO₂)، وتُطوّر الشركات مستشعراتٍ للمقاييس الأخرى، كما تقول فنل.

في هذه الأثناء، يجب على شركات الكربون البحرية الاعتماد على النماذج العددية. وقد استخدمت أنظمة نماذج المحيط الإقليمية ([[LINK35]] نظام نماذج المحيط الإقليمية [[LINK35]])، التي طورها باحثون جامعيون، ومكتبة البيوجيوكيمياء البحرية ([[LINK36]] مكتبة البيوجيوكيمياء البحرية [[LINK36]])، من المركز الوطني لبحوث الغلاف الجوي، لعقود من الزمن لدراسة المناخ والمحيطات بشكل عام، ويمكن تحسينها لقياس إزالة ثاني أكسيد الكربون البحري، كما تقول [[LINK37]] أليسيا كارسبك [[LINK37]]، رئيسة قسم تكنولوجيا المعلومات في [[LINK38]] [C]Worthy[[LINK38]]. ولهذا الغرض، تقوم منظمة كارسبك ببناء بنية تحتية للبرمجيات لمساعدة توحيد وتطبيق هذه النماذج، وتأمل في إطلاق أول نسخة لها في عام 2025. وسيساعد بيانات القياسات الفيزيائية أيضًا في تحسين النماذج.

يبقى محلّ نظر ما إذا كان المستثمرون أو مشترُو أوراق اعتماد الكربون سيقبلون تقديرات النماذج على القياسات المادية. ثم هناك سؤال حول ماذا يُفعل بكل ثاني أكسيد الكربون المُستخلص. يمكن استخدامه لصنع البلاستيك أو الوقود الاصطناعي، مما قد يُعيده إلى الغلاف الجوي، أو يمكن حفظه بشكل دائم تحت الأرض، وهو أمر مكلف. يتصور أولدهام بناء منشآت “كابتيرا” على منصات النفط والغاز المتقاعدة، باستخدام الأنابيب الموجودة لإرسال ثاني أكسيد الكربون المُستخلص تحت قاع البحر.

لا توجد منشأة لاحتجاز الكربون بالقرب من منشأة “كابتيرا” في هاواي، التي تقع على شاطئ صخور بركانية [[LINK40]]في متنزه العلوم والتكنولوجيا البحرية ب هاواي [[LINK41]]. لذا، تأمل الشركة في الشراكة مع مستأجر آخر في المتنزه سيتعامل مع ثاني أكسيد الكربون المُستخلص.

المحيطات تخزّن ثاني أكسيد الكربون بتعزيز القلوية

للتغلب على تحدي نقل وتخزين ثاني أكسيد الكربون المُستَخرج، تُجري بعض مجموعات البحث النظر في المحيط ذاته كمكان لتخزين دائم. بدلاً من استخراج ثاني أكسيد الكربون، فإن هذا النهج، المُسمّى بتعزيز قلوية المحيط، يُسرّع بشكل أساسي من عملية موازنة الأحماض والقواعد التي كانت تُنظّم درجة الحموضة في المحيط لمليارات السنين.

في تلك العملية الجيولوجية، المُسمّاة بالتعرية، يتفاعل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي مع الصخور القلوية على اليابسة لتكوين أيونات بيكربونات وكربونات. تُغسل الأمطار هذه الأيونات وغيرها من الصخور إلى الأنهار، ثم إلى المحيطات أخيرًا. وهذا يُزيد من قلوية المحيط ودرجة الحموضة فيه، ويُقلل من التأصيد الناتج عن انبعاثات الوقود الأحفوري، ويُغيّر من توازن الكربون غير العضوي المُذاب في البحر نحو أيونات بيكربونات وكربونات. في هذه الأشكال، يبقى الكربون مُحبوسًا لآلاف السنين، حسب تقديرات كيميائيي الأحياء البحرية.

يزيل تعزيز قلوية المحيطات عملية التجوية عن طريق زيادة قلوية المحيطات مباشرةً. هذا النهج يعزز الرقم الهيدروجيني للماء، مما يُحوّل ثاني أكسيد الكربون المنحل إلى أيونات بيكربونات وكربونات أكثر استقرارًا. يمكن تحقيق ذلك بإضافة مواد قلوية إلى المحيطات أو الشواطئ. في يوليو، فيستا أعلنت أنها أضافت 8,200 طن من رمال الأوليفين قبالة ساحل داك، نورث كارولينا. وشركة تكنولوجيا الكواكب، المُستندة إلى نوفا سكوشيا، تضيف هيدروكسيد المغنيسيوم إلى مياه البحر. أعلنت الشركة في نوفمبر أنها أزالت 138 طنًا من ثاني أكسيد الكربون، وبيعت حقوق الكربون إلى شوبيفاي و سترايب.

يمكن أيضًا تحسين قلوية المحيط كهربائيًّا.
[[LINK49]] إيب كاربون[[LINK49]] تقوم باختبار هذه الاستراتيجية منذ [[LINK50]] أكثر من عام[[LINK50]] في منشأة تجريبية بحجم حاوية شحن في [[LINK51]] مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني[[LINK51]] في سيكويم، واشنطن. تستقبل المنشأة مياه مالحة من خليج سيكويم وتُمررها عبر آلة فصل كهربائيّ للأيونات. يُطبق فرق جهد أثناء مرور الماء عبر ما يصل إلى 200 طبقة من أغشية مختارة أيونيًا مزودة بحفاز. هذا يُعيد ترتيب الأيونات في الماء بشكل انتقائي، مما يُنتج تيارًا حمضيًا (حمض الهيدروكلوريك) وتيارًا قاعديًّا (هيدروكسيد الصوديوم).

<>

في مقرها الرئيسي بجنوب سان فرانسيسكو، تقوم شركة إيبي كاربون ببناء أجهزة التبادل الكهربائي، والتي سيتم استخدامها لتعزيز قلوية مياه البحر. سيتم نشر النظام في مصنعها التجريبي الجديد، المسمى مشروع ماكوما، في بورت أنجلوس، واشنطن.إيبي كاربون

يتم إعادة التيار القاعدي، أو القلوي، إلى المحيط، حيث يختلط مع مياه البحر. وهناك يحول ثاني أكسيد الكربون المنحل إلى أيونات كربونات وكربونات هيدروجينية، مما يُفسح المجال لدخول المزيد من ثاني أكسيد الكربون من الهواء. ومع ذلك، يصبح التيار الحمضي منتجًا ثانويًا يجب معالجته.

في عام 2025، تخطط شركة [[LINK52]] لبناء مصنع ثانٍ، يُسمى مشروع ماكوما، قادر على امتصاص حوالي 500 طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً في بورت أنجلوس، واشنطن. تهدف الشركة إلى دمج أنظمتها في نهاية مصانع تحلية المياه وغيرها من المواقع الصناعية التي تصرف مياه مالحة إلى البحر، حسبما قال ماثيو إيزامان، عالم رئيسي ومؤسس مشارك في شركة [[LINK52]].

تواجه شركة Ebb، مثل شركة Captura، تحديًا كبيرًا يتمثل في توسيع نطاق عملياتها. إذا وضعت شركة Ebb نسخة تجارية من نظامها في كل مصنع لتحلية المياه في العالم، فستمتص حوالي مليار طن من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي كل عام، وفقًا لتقديرات إيزامان. ذلك رقم كبير، ولكنه لا يزال جزءًا بسيطًا من إجمالي كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة سنوياً.

قد تُحدّد العتبات التي تحدّ من تركيز تيارات الصرف الصحي قدرة شركات مثل “إيب” على التوسّع بشكلٍ أكبر. فقد يؤدي ارتفاع قلوية المياه إلى تعطيل النظم البيئية، وإذا لم يتمّ تخفيفها بسرعة، فقد تتسبب في تفاعلات كيميائية تؤدي إلى ترسيب كربونات الكالسيوم تلقائيًا، مما يُزيل القلوية ويُطلق غاز ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، وفقًا لما ذكره أوشليس من جامعة جيوما. ويقول: “سيتوجب على المُنظّمات مراقبة هذا الأمر عن كثب”.

بالإضافة إلى ذلك، من الصعب شرح ما تقوم به شركات زيادة قلوية المحيطات للجمهور دون إظهاره على أنه يُشبه إلقاء المواد الكيميائية في البحر – وهو كارثة علاقات عامة مُحتملة.

التقاط الهواء يُواجه تخزين البحار

[[LINK54]] جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس [[LINK54]] مشروعٌ فرعيٌ [[LINK55]] إيكواتيك [[LINK55]] قد صممَ حلًا لتجاوز بعض هذه التحديات. يتضمن نظامُها التقاط ثاني أكسيد الكربون المباشر من الهواء مع تخزينه في البحر، مما يُمكّن إيكواتيك من قياس كمية ثاني أكسيد الكربون المُستخرَجة بدقة من الهواء.

تقع وحدةُ التجربة المُجَرّبة لإيكواتيك، ومعماريُّها، على متن سفينةٍ شراعيةٍ مُرَسَاةٍ على بعدِ أمتارٍ قليلةٍ من كابيتورا، مُضفِيَةً جوًا أكثر جامعيًا يُمزَجُ بالبحر مقارنةً بجيرانهم الأنيقين. يُرتدي [[LINK56]] آرون سابين [[LINK56]]، وهو مهندسٌ رئيسيٌّ في معهد إدارة الكربون التابع لجامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس [[LINK57]]، قميصًا هاوايًا وقبعةً، إلى جانب [[LINK58]] توماس تريانور [[LINK58]]، رئيس الهندسة في إيكواتيك، الذي يرتدي سترةً، وجّهوا لـ”سبكتروم” جولةً في المصنع.

<>

على البارجة التالية من مصنع كابتورا في ميناء لوس أنجلوس، قامت شركة إيكواتيك بتصميم نظام يجمع بين التقاط ثاني أكسيد الكربون المباشر من الهواء والتخزين البحري.إيكواتيك

يستخرج نظام إيكواتيك الماء من البحر ويمرره عبر جهاز التحليل الكهربائي الذي يُفصلُه إلى أربعة مكونات: تيار حمضي سائل، تيار قاعدي سائل، غاز الهيدروجين، وغاز الأكسجين. وبشكل منفصل، يستخرج النظام الهواء، الذي يحتوي على ثاني أكسيد الكربون. يُوضع الهواء في اتصال مع التيار القاعدي، مُحوِّلاً ثاني أكسيد الكربون إلى أيونات بيكربونات وكربونات الكالسيوم الصلبة.

يُوضع تيار الحمض على اتصال بالصخر لرفع الرقم الهيدروجيني، ثم يُجمع مع تيار القاعدة. يُطرح الماء، الذي أصبح الآن متشابهًا كيميائيًا تقريبًا مع ما دخل النظام، في البحر. وكأداة إضافية، يمكن بيع الهيدروجين الناتج كمنتج ثانوي، مما يوفر للشركة مصدرًا إضافيًا للدخل يتجاوز الاعتمادات الكربونية.

لكن المشكلة في فصل مياه البحر المالحة باستخدام جهاز التحليل الكهربائي بدلاً من استخدام التناضح الكهربائي هي أن جهاز التحليل الكهربائي سيُنتج أيضًا غاز الكلور السام. (هذا هو السبب في أن أجهزة التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين تقريبًا دائمًا ما تُفصل الماء النقي، الخالي من الكلور). أعلنت شركة [[LINK59]] في سبتمبر أنها طورت طريقة لصنع الأقطاب الكهربائية الانتقائية للأكسجين وحفازات مُعمّرة بدقة لا تتفاعل مع الملح في مياه البحر. يسمح هذا للحفاظ على ثبات الكلور في مياه البحر المالحة أثناء التحليل الكهربائي، وبالتالي تجنب إنتاج غاز الكلور، وفقًا للشركة.

تُزيل مُرافق Equatic التجريبية في لوس أنجلوس وسنغافورة حوالي 100 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون (CO
₂) يوميًا من الهواء. ستُلحق محطة تجريبية قيد الإنشاء في سنغافورة حوالي 10,000 كيلوغرام. في عام 2025، تخطط Equatic [[LINK60]] لبدء بناء [[LINK60]] نظام تجاري في كيبيك بالشراكة مع [[LINK61]] Deep Sky [[LINK61]]، وهي شركة ناشئة كندية متخصصة في بناء مشاريع إزالة الكربون. باستخدام 300 مُحلل كهربائي يعمل بالطاقة المائية و [[LINK62]] الطاقة النووية [[LINK62]]، ستُلحق المحطة أكثر من 300 طن من ثاني أكسيد الكربون (CO₂) وتنتج 8,400 كيلوغرام من الهيدروجين يوميًا.

لفتت شركات الكربون المائية وغيرها من شركات الكربون البحرية انتباه سلطات التمويل الكبيرة. اختارَت وزارة الطاقة الأمريكية [[LINK63]] ثلاثةً—إيب، وإيكواتيك، وفايكارب—من بين 24 متأهلاً في نهائيات جائزة إزالة ثاني أكسيد الكربون. واختارَت جائزة إكس برايز [[LINK65]] أربعةً—كابتورا، وإيب، وكلب بلو، وبلاينتري—من بين 20 متأهلاً النهائيين، وتخطط لاختيار الفائزين في شهر أبريل.

قد تُشعرُ هذه الجوائزُ بأنها مسابقةٌ، ولكن في النهاية، فإن منع أزمة المناخ العالمي يتطلب مزيجاً من العديد من الاستراتيجيات. يقول تشو: “هناك ما يكفي من الكربون للجميع”.

المصدر: المصدر