دفعة لالتقاط الكربون
24 Oct 2023
تواجه الصناعات كثيفة الكربون ضغوطًا متزايدةً لتقليل انبعاثاتها من ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير. ولمساعدتها على البدء، تقدم GEA مجموعة منتجات لالتقاط الكربون تركز على الكفاءة وقابلية التوسع.
أثبتت الخرسانة أنها شبه مثالية كمادة بناء على مدى آلاف السنوات القليلة الماضية وهي متواجدة في كل مكان تقريبًا داخل بيئتنا التي صنعها الإنسان - من البانثيون في روما إلى أطول ناطحات السحاب في العالم. وكونها مستخدمة أكثر من أي مادة أخرى على الأرض باستثناء الماء، فإن البصمة المادية للخرسانة ضخمة. ولكن لسوء الحظ، يمكن قول الشيء نفسه عن بصمتها المناخية. الجاني هو الأسمنت؛ الذي يشكل المكون الرئيسي في الخرسانة المستخدمة لربط الرمل والحصى. نظرًا للحرارة العالية المطلوبة والتفاعلات الكيميائية التي تتضمنها عملية تصنيعه، يولد إنتاج الأسمنت حوالي 4 مليارات طن متري من ثاني أكسيد الكربون سنويًا - ما يقارب الـ 8٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية. إذا كان إنتاج الأسمنت بلدًا، فسيحتل المركز الثالث في قائمة أكثر البلدان المنتجة للانبعاثات، بعد الصين والولايات المتحدة فقط [1]
منذ عام 1980، زاد إنتاج الأسمنت خمسة أضعاف تقريبًا - والمؤشر في ارتفاع مستمر. المصادر: هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS)، VDZ Verein Deutscher Zementwerke eV.
وإدراكًا منها لتأثير الأسمنت، أطلقت الجمعية العالمية للأسمنت والخرسانة (GCCA) برنامجها الطموح المناخي لعام 2050 بهدف الوصول إلى خرسانة محايدة كربونيًا بحلول عام 2050. للوصول إلى ذلك الهدف، تعتمد GCCA على قائمة طويلة من إجراءات العمل: كفاءة الطاقة، والوقود البديل، ونزع الكربون من المواد الخام والوقود، والمواد المبتكرة، ومصانع الأسمنت المصممة بكفاءة، على سبيل المثال لا الحصر. لكن أكبر معضلة تواجه هدف محايدة الكربون الخاص بـ GCCA تتمثل في استخدام وتخزين الكربون المُلتقَط (CCUS) - فصل ثاني أكسيد الكربون عن مداخن الانبعاث لإعادة استخدامه في العمليات الصناعية أو حقنه في أعماق الأرض بحيث نلغي تأثيره بإمكانية التأثير على غلافنا الجوي.
الخبر السار بالنسبة للأسمنت والصناعات الأخرى التي يصعب خفض تأثيرها، هو أن تقنية التقاط الكربون ليست شيئًا جديدًا. تم استخدام فصل ثاني أكسيد الكربون القائم على الأمين لعقود في صناعة النفط والغاز، وهو الطريقة الأكثر نضجًا وانتشارًا بين طُرق التقاط الكربون الحالية. لكن إعادة تجهيز مصنع الأسمنت بمحطة لالتقاط الكربون يظل اقتراحًا مكلفًا. لا توجد محطات "جاهزة" لالتقاط الكربون (حتى الآن) لمنتجي الأسمنت، ويرجع ذلك في جزء كبير منه إلى المتغيرات التي لا حصر لها: ما هو التركيب الدقيق لغاز الاحتراق في المصنع؟ هل ستتطلب المحطة مدخلات طاقة إضافية، وإذا كان الأمر كذلك، فما هو المقدار؟ ما مدى استقرار مذيب الأمين في ظل هذه الظروف الخاصة؟ ما هو تأثير المستويات العالية لانبعاثات الغبار على عمر المحطة؟ ما هي الخيارات المتاحة لإعادة استخدام ثاني أكسيد الكربون الذي يتم التقاطه؟
يواجه مصدِّرو الانبعاثات الشديدة اليوم ضغوطًا متزايدة من الجهات التنظيمية والمعنيين الآخرين لاتخاذ إجراءات بشأن محايدة ثاني أكسيد الكربون. ولكن، نظرًا لأن سوق الكربون المُلتقَط لا يزال في مهده، فإنهم يتطلعون إلى استثمار مسبق كبير مع الكثير من العوامل المتحركة.
البدء في التقاط الكربون
مع أكثر من قرن من الخبرة في تصميم وتركيب أنظمة تنظيف الغاز وخفض الانبعاثات، تعمل GEA على تطوير مجموعة منتجاتها لالتقاط الكربون، والتي تشمل استرداد الحرارة المهدرة والمعالجة المسبقة للغاز والتقاط الكربون على أحدث طراز، فضلًا عن الدعم في استخدام وتخزين ثاني أكسيد الكربون. يرى الدكتور فيليكس أورتلوف، كبير المديرين في GEA Carbon Capturing، فرصةً لمساعدة صناعة الأسمنت والصناعات الأخرى التي يصعب عليها التخفيف من تأثيرها البيئي على الانتقال إلى التقاط الكربون بسرعة واقتصادية. يقول أورتلوف: "طورت GEA خطًا قياسيًا للغاية من حلول التقاط الكربون المصممة لمساعدة مشغلي المصانع على البدء الآن في إزالة ثاني أكسيد الكربون". "خبرتنا في تنظيف الغاز واستعادة الحرارة - إلى جانب قدرتنا الهندسية الأساسية - سمحتا لنا بإنشاء حل شامل لإزالة ثاني أكسيد الكربون يكون مناسبًا للغرض وفعالًا من حيث التكلفة."
يمكن لعملاء GEA الاختيار من بين أربعة محطات مختلفة الحجم لالتقاط الكربون - وهو خيار يتم تحديده بشكل أساسي من خلال مقدار حرارة النفايات التي تولدها مصانعهم. يقول أورتلوف: "ينصب تركيزنا حاليًا على الكفاءة فيما يتعلق بالمصنع بأكمله، لذلك نريد تحقيق أقصى استفادة من استعادة الحرارة". "الفائدة التي تعود على العميل هي أنه يمكنه البدء في التقاط ثاني أكسيد الكربون الخاص به مع القليل من مدخلات الطاقة الإضافية أو بدون أي إضافة. بالنسبة لمصنع أسمنت كبير يصدر انبعاثات ضخمة من ثاني أكسيد الكربون، تكون الحرارة المهدرة المتاحة هي نقطة انطلاق جيدة، مما يتيح خفضًا محايدًا للحرارة بنسبة 20٪ في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في المتوسط. ويمكن الحصول على تخفيض أعلى في صناعات أخرى، مثل الزجاج. بمجرد أن يصبح الحل في مكانه ويعمل بالشكل المطلوب، يمكن دائمًا زيادة السعة لإزالة المزيد من ثاني أكسيد الكربون".
"طورت GEA خطًا قياسيًا للغاية من حلول التقاط الكربون المصممة لمساعدة مشغلي المصانع على البدء الآن في إزالة ثاني أكسيد الكربون."- الدكتور فيليكس أورتلوف، المدير الأول، Carbon Capture Solutions، GEA
- الدكتور فيليكس أورتلوف، المدير الأول، Carbon Capture Solutions، GEA
المحطة التجريبية في PHOENIX Zementwerke
يقوم أورتلوف وفريقه حاليًا باختبار محطة GEA لالتقاط الكربون كجزء من مشروع تجريبي شامل في مصنع الأسمنت لشركة PHOENIX Zementwerke في بيكوم، ألمانيا. "ممارسة الأعمال المستدامة وحماية المناخ جزء لا يتجزأ من استراتيجية شركتنا"، يتحدث قائلًا مارسيل جوستاف كروغبيومكر، المدير العام لـ Phoenix-Zementwerke. "بقدرة إنتاجية تبلغ حوالي 500,000 طن متري من الأسمنت سنويًا وانبعاثات يومية تبلغ 1000 طن من ثاني أكسيد الكربون في المتوسط، نتحمل مسؤولية تقليل تأثيرنا. نحن فخورون بمشروع التقاط الكربون وتخزينه مع GEA ونستفيد من المحطة التجريبية في موقع بيكوم الخاص بنا للبدء في التقاط الكربون. اجتذب المشروع بالفعل قدرًا كبيرًا من الاهتمام مصدره كلا القطاعين الخاص والعام، كما يقول كروغبيومكر. "نحن نعتبر التقاط الكربون تقنية مثيرة للغاية. وبفضل خبرة GEA الممتدة لعقود في أنظمة التحكم في الانبعاثات، أنا متفائل جدًا بقدرتنا على تطوير حل من شأنه أن يقلل من انبعاثاتنا بشكل كبير."
"نحن فخورون بمشروع التقاط الكربون وتخزينه مع GEA ونستفيد من المحطة التجريبية في موقع بيكوم الخاص بنا للبدء في التقاط الكربون. اجتذب المشروع بالفعل قدرًا كبيرًا من الاهتمام مصدره كلا القطاعين الخاص والعام." - مارسيل جوستاف كروغبيومكر، المدير العام لـ Phoenix-Zementwerke
- مارسيل جوستاف كروغبيومكر، المدير العام لـ Phoenix-Zementwerke
تساعد المحطة التجريبية GEA وPHOENIX Zementwerke على ضبط تحليلهما لانبعاثات مصانع الأسمنت - لا سيما المكونات النزرة الضارة التي يجب إزالتها أثناء المعالجة المسبقة لغاز الاحتراق - وجمع البيانات المهمة حول استقرار نظام مذيب الأمين أثناء مرحلة التقاط الكربون. وفقًا لأورتلوف، حقق البرنامج التجريبي حتى الآن هدف GEA المتمثل في كفاءة إزالة ثاني أكسيد الكربون بنسبة 90٪. يوضح أورتلوف: "معدل التقاط الكربون الأعلى - حوالي 95٪ - ممكن تقنيًا، لكنه يتطلب مدخلات طاقة أكبر ويؤثر سلبًا على كفاءة التكلفة الإجمالية". "90٪ هو الهدف المرجو والمنطقي من الناحية المالية أيضًا."
اختبار ميداني لالتقاط الكربون في مصنع Phoenix للأسمنت في بيكوم، ويستفاليا، ألمانيا. في محاورة: مارسيل جوستاف كروغبيومكر، المدير العام لـ Phoenix-Zementwerke (على اليسار)، ود. فيليكس أورتلوف، المدير الأول، Carbon Capture Solutions، GEA (على اليمين). الصورة: GEA/تيم لومان
كخطوة تالية، يخطط كروغبيومكر للعمل مع GEA على مفهوم CCUS شامل لموقع PHOENIX Zementwerke في بيكوم. يقول: "سنقيّم جميع البيانات ثم نناقش إمكانية زيادة نطاق التقاط الكربون في المصنع". "السؤال هو: هل نختار تخزين الكربون - في حقول النفط القديمة والأعمدة تحت بحر الشمال، على سبيل المثال؟ أم نرغب في معالجة ثاني أكسيد الكربون لإعادة استخدامه؟ وإذا اخترنا الأخير: كيف يمكننا توسيع المحطة التجريبية حتى تتمكن من إزالة كمية من ثاني أكسيد الكربون تكفي لتلبية المعايير العالية التي تتطلبها الصناعات الكيماوية والغذائية؟ أين وفي أي صناعات يمكننا أن نجد عملاء لثاني أكسيد الكربون؟ ما نوع البنية التحتية التي نحتاجها لتوفير النقل؟ هل نتحدث عن خطوط الأنابيب أم إعادة تنشيط مرفق السكك الحديدية أم نحتاج إلى النقل بالشاحنات؟ هذه أوقات ممتعة ومثيرة بالنسبة لنا، وأنا واثق من قدرتنا على تحقيق الكثير مع GEA".
ماذا نفعل بثاني أكسيد الكربون
يُعد استخدام وتخزين ثاني أكسيد الكربون الخطوة الأخيرة الحاسمة في عملية التقاط الكربون. تركز خبرة GEA الحالية في ثاني أكسد الكربون على مجالين. في قطاع مصانع الجعة، تستعيد GEA ثاني أكسيد الكربون من عملية التخمير، وتسيله ثم تستخرج الأكسجين حتى يمكن إعادة استخدام ثاني أكسيد الكربون في إنتاج المشروبات. تنتج GEA أيضًا الكربونات من ثاني أكسيد الكربون الملتقط، مثل بيكربونات الصوديوم، لاستخدامها في صناعة الأغذية والأدوية. يوضح أورتلوف: "سيكون لكل عميل خيارات مختلفة متاحة من أجله لاستخدام ثاني أكسيد الكربون الذي تم التقاطه". "سننظر في كل حالة على حدة فيما إذا كان هناك مستهلك محتمل لثاني أكسيد الكربون بالقرب منه، وما هي المتطلبات التي تتطلبها هذه الشركة بالنسبة لثاني أكسيد الكربون من حيث النقاء والحالة الفيزيائية والضغط ودرجة الحرارة. يمكننا بعد ذلك تحضير ثاني أكسيد الكربون لتلبية هذه الاحتياجات".
يرى أورتلوف أن إنتاج الميثانول هو خيار آخر لاستخدام ثاني أكسيد الكربون على المدى المتوسط - لاستخدامه مباشرة كوقود، أو ترقيته إلى مكونات وقود أخرى، أو استخدامه في الصناعة الكيميائية باعتباره لبنة أساسية. تشمل الاستخدامات الأخرى لثاني أكسيد الكربون المُلتقَط إنتاج البلاستيك أو حتى الخرسانة نفسها. أحد هذه الحلول يتضمن حقن ثاني أكسيد الكربون في الخرسانة، حيث يخضع للتمعدن ويتم تضمينه كمادة صلبة في مواد البناء. ولكن كما يوضح أورتلوف: حتى إذا نضج سوق استخدام الكربون، فمن المرجح أن تفوق كمية ثاني أكسيد الكربون المُلتقَط الكميات التي يمكن توفيرها لالتقاط الكربون واستخدامه (CCU). وهذا يعني أن حلول التقاط الكربون وتخزينه (CCS) ستكون ضرورية لتحقيق الوعد بالتقاط ثاني أكسيد الكربون على المدى القريب إلى المتوسط من أجل خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وتلبية احتياجات الكوكب الذي يزداد احترارًا.
تخزين الكربون هو مثال آخر لتقنية راسخة في صناعة النفط والغاز ينبغي التوسع في استغلالها. من المؤكد أن الحكومات والصناعة تعمل على تكثيف قدرة CCS بمعدل مثير للإعجاب. وفقًا لمعهد Global CSS، تم تشغيل 30 مرفقًا من مرافق CCS على مستوى العالم في نهاية عام 2022، مع تواجد 11 مرفق إضافي قيد الإنشاء و 153 قيد التطوير، وبذلك يصل إجمالي قدرة التقاط الكربون وتخزينه (CCS) إلى 244 مليون طن متري سنويًا - بزيادة 44٪ عن العام السابق. الإعفاءات الضريبية الاستثمارية الكبيرة في كندا والتمويل الفيدرالي في الولايات المتحدة (قانون الحد من التضخم لعام 2022) جعلت أمريكا الشمالية رائدةً في تطوير ونشر CCS وتوظيفه. أوروبا تسعى للصدارة. [2] يخطط صندوق الاتحاد الأوروبي للابتكار لاستثمار حوالي 38 مليار يورو في التقنيات النظيفة في جميع أنحاء أوروبا بحلول عام 2030 ويدعم بالفعل مشاريع CCS واسعة النطاق في العديد من الصناعات، مع التركيز على الأسمنت بشكل خاص. رغم أن الصين، أكبر منتج للأسمنت في العالم، كانت أبطأ في اتخاذ الإجراءات حتى الآن، إلا أنها تعمل الآن على زيادة الجهود لتطوير تقنيات CCUS. في يوليو 2023، أعلنت الصين عن إطلاق أكبر مشروع CCUS لها حتى الآن في صناعة الأسمنت. [3]
"سيكون لكل عميل خيارات مختلفة متاحة من أجله لاستخدام ثاني أكسيد الكربون الذي تم التقاطه". "سننظر في كل حالة على حدة فيما إذا كان هناك مستهلك محتمل لثاني أكسيد الكربون بالقرب منه، وما هي المتطلبات التي تتطلبها هذه الشركة بالنسبة لثاني أكسيد الكربون من حيث النقاء والحالة الفيزيائية والضغط ودرجة الحرارة."- الدكتور فيليكس أورتلوف، المدير الأول، Carbon Capture Solutions، GEA
- الدكتور فيليكس أورتلوف، المدير الأول، Carbon Capture Solutions، GEA
اقتصاد كربون جديد
مثلما ستتطلب تقنيات القيادة البديلة بنية تحتية جديدة للكهرباء والهيدروجين، كذلك استخدام وتخزين الكربون سيتطلب بنية تحتية جديدة لثاني أكسيد الكربون من أجل نقل ثاني أكسيد الكربون المُلتقَط من مصادر الانبعاثات الصناعية إلى أي مكان يُستخدَم أو يُخزَن فيه. أحد الأمثلة على ذلك هو مشروع مشترك مُقدَم من OGE، مشغل نقل الغاز الرائد في أوروبا، وشركة Tree Energy Solutions، وهي شركة هيدروجين مقرها بلجيكا، لبناء خط أنابيب بطول 1000 كيلومتر لنقل حوالي 18 مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. في هذه الحالة، سيؤدي ثاني أكسيد الكربون دور الناقل للهيدروجين المتجدد من منشآت الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية في جميع أنحاء أوروبا إلى "مركز الطاقة الخضراء" للمشروع في فيلهلمسهافن بألمانيا. [4] يقول أورتلوف: "عندما يتعلق الأمر بنقل وعزل ثاني أكسيد الكربون، فإن خط الأنابيب أو مرفق التخزين سيكون له أيضًا مواصفاته الخاصة بثاني أكسيد الكربون". "حقيقة أنه يمكننا توفير تقنية التقاط الكربون وتنقيته وتسييله "في مكان واحد" تُسهِل على عملائنا تلبية هذه المتطلبات."
يتطلب نزع الكربون من صناعة الأسمنت استخدامات جديدة لثاني أكسيد الكربون وتطوير بنية تحتية له.
سوف تستفيد تقنية التقاط الكربون متسارعة النمو اليوم من البنية التحتية وتقنيات صناعة النفط والغاز الراسخة بشكل كبير والمستخدمة في مكافحة الاحتباس الحراري. نضجت تقنيات CCUS على مر السنين خلال السعي وراء الوقود الأحفوري المربح جدًا - كوسيلة لتحقيق غاية. اليوم، أصبح التقاط ثاني أكسيد الكربون الخامل وتخزينه غاية بحد ذاتها في كثير من الحالات - والعلامات تشير إلى مستقبل سيكون فيه لثاني أكسيد الكربون المُلتقَط معنى بيئي واقتصادي. يقول أورتلوف: "من المثير تخيل سوق قوي للكربون المُلتقَط، تحقق فيه مصانع الأسمنت حول العالم إزالة لثاني أكسيد الكربون بنسبة 90٪،" "في الوقت الحالي، يؤدي الضغط من الجهات التنظيمية والمعنيين الآخرين إلى إجبار الشركات على الاستثمار في هذه الخطوات الأولى نحو اقتصاد الكربون الجديد، وGEA في وضع قوي لمساعدة تلك الشركات على تسريع هذا التحول."
