ويمكن أن تؤدي عمليات الانجاز الأخيرة في تكنولوجيا احتجاز الكربون المبرد إلى تحويل الطريقة التي تفصل بها الصناعات ثاني أكسيد الكربون وسمكه (CO2) عن مسارات العادم، حيث يمكن أن تُستخدم أحدث تكنولوجيات التكديس والاختراق في مجال التكنولوجيا الكيميائية.()

ما هو "الكابتن الكريجين"؟

Cryogenic carbon capture (CCC) refers to a set of processes that cool flue gas to very low temperatures -typically below −100 °C-to selectively condense or freeze CO2 while leaving other gases like nitrogen, oxygen, and argon in the vapor phase rest rests on differences inm boiling mixture

وعلى عكس التطهير التقليدي القائم على الأميين، الذي يعتمد على ردود الفعل الكيميائية ويحتاج إلى بخار كبير لتوليد المذيبات، وتتجنب الأساليب المسببة للبرد المواد الكيميائية المستهلكة ولا تولد أي نفايات مذيبة، وقد تم بالفعل تجديد استخدام ثاني أكسيد الكربون في حالة من السائل أو المسافات الكثيفة، مما يجعلها جاهزة لنقل الأنابيب أو حقنها في الحافظة الجيولوجية دون مزيد من الركات.

How Cryogenic Capture Works in Practice

The typical[Fogenic process involves several stages. First, flue gas is pretreated to remove water vapor, particulate matter, and trace contaminants that could freeze or foul heat exchanger surface. The dry gas then enters a multi-stage refrigeration system. In a common design, the gas is cooled through a series of heat exchangers, using cold recycle streams and external card

One of the most widely studied formations is the Anti-Sublimation Carbon Capture process, developed by researchers at the University of California, Irvine, among others. In this approach, CO2 is frozen onto a cold surface inside a desublimator, while the non-condensable gases are vented.

التطورات التكنولوجية الأخيرة

وخلال العقد الماضي، انتقلت عملية احتجاز الكربون المبرد من التجارب المختبرية إلى المظاهرات التجريبية، بفضل سلسلة من المعدات، وتكامل العمليات، وتحسينات الرقابة، وتنقسم أهم التطورات إلى أربع فئات: تحسين تقنيات التبريد، والتصميم المتطور لأجهزة تبادل الحرارة، وإدماج الطاقة المتجددة، وهيكل النظام النموذجي.

تقنيات التبريد المعززة

(أ) إن تكلفة التبريد في الطاقة ظلت منذ فترة طويلة تمثل العقبة الرئيسية أمام التوسع في اعتماد الحرق المبرد، كما أن دورات التكاثر التقليدية في البخار - الضغط باستخدام أجهزة ضغط واحدة تتطلب كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية لإنتاج واجب التبريد، وقد أدخلت الابتكارات الأخيرة عوامل متعددة المراحل ومتشابكة ذات أحجام متطورة في التحكم، تقلل من استهلاك الطاقة إلى أدنى حد مع الحفاظ على درجات حرارة ثابتة().

وثمة اتجاه واعد آخر يتمثل في إدماج أجهزة التبريد في الدول الصلبة مثل أجهزة التبريد الحرارية ومواد الفولسترية، وفي حين أن هذه التكنولوجيات لا تزال في مرحلة البحث المبكر، فإنها يمكن أن تحل محل الشاحنات الميكانيكية معا، مما يتيح عملية صامتة خالية من اليقظة مع عوامل شكلية قابلة للتكرار، كما أن دراسة أجريت في عام 2023 من معهد فرونهوفير لنظم الطاقة الشمسية أظهرت أن هناك نشاطا تجاريا تجاريا تجاريا كافيا.

تحسين تصميمات مبادلات الحرارة

إن أداء مبادلات الحرارة أمر بالغ الأهمية في العمليات المسببة للبرد لأن الفرق في درجة حرارة القيادة بين غاز المداخن الدافئ والثلاج البارد هو عادة أقل من ٥ درجات مئوية، وبالتالي فإن أي تحسن في معامل نقل الحرارة يقل بصورة مباشرة عن المساحة المطلوبة، وبالتالي تكلفة رأس المال، وقد كان للتطورات الأخيرة في مبادلات الحرارة المطبوعة أثر كبير على نحو خاص.

وقد قامت شركات موازية مثل شركة هيتريك (علامة ميغايت) وشركة فواكوم الهندسية بتسويق مواد كيميائية خاصة برسوم احتجاز الكربون، وفي نموذج عام 2022 في مصنع للأسمنت في النرويج، حققت وحدة مسببة للبهجة في هيئة PCHE كفاءة شاملة في مجال استعادة الحرارة تبلغ 95 في المائة، مما أدى إلى خفض الطلب على الطاقة المبردة بنسبة 40 في المائة مقارنة بتصميمات الصمامات والفولاذية السابقة.

التكامل مع الطاقة المتجددة

ارتفاع الطلب على التبريد يجعل التحلل المبرد يعتمد بشدة على كثافة الكربون في شبكة الطاقة المحلية، ولمعالجة هذا، أظهرت عدة مشاريع جدوى تركيب محطات للضغط على الطاقة الكهربائية مباشرة مع مزارع الطاقة الشمسية ذات الطاقة الفلكية الدوارة أو الريحية، وفي مظاهرة بارزة في محطة توليد الطاقة الكهربائية تعمل بالشبكة في كولورادو، تم ضبط 10 طن في المائة من وحدات التكفير عن طريق إنتاج مكرس

وثمة نهج آخر يتمثل في استخدام فائض الكهرباء المتجددة لإنتاج هواء سائل أو نتروجين سائل خلال ساعات العمل غير المكتملة، وهو ما يمثل مغسلة باردة لعملية التقاط الطاقة عند الحاجة، وقد اقترح الباحثون في جامعة بيرمنغهام نظاماً لتخزين الطاقة الميكانيكية يخزن الطاقة الباردة في الهواء السائل أثناء الليل ويطلقها إلى غاز المداخن الباردة خلال اليوم، مما يزيل الطبيعة المتغيرة للطاقة الشمسية.

النظم النموذجية ونظام المهارات

ومن أكثر التطورات عملية في الانتشار الواسع النطاق تطوير وحدات الحرق المبردة، وأجهزة الحرق المزودة بالحاويات، ويمكن تسليم هذه النظم " المزروعات واللعب " في شاحنة ثابتة موحدة، ترتبط بنقاش الغاز المفلط وإمدادات الطاقة، وتصدر تكليفات في غضون أسابيع.

ومن الأمثلة الممتازة نظام " مرفأ كاربون " من شركة كليميب السويسرية، التي رغم أنها معروفة أساساً فيما يتعلق بالصيد المباشر للهواء، قامت بتكييف هيكلها النموذجي لمجاري الغازات المفلورة الصناعية، وفي منشأة من طراز النفايات إلى الطاقة في ألمانيا، تسهل أربعة وحدات من الحاويات تبلغ مساحتها 200 طن من ثاني أكسيد الكربون (2) إضافة عدد من الاقتصادات المربعة سنوياً.

فوائد الأساليب المسببة للسرطان

وتترجم التطورات التكنولوجية المذكورة أعلاه إلى عدة فوائد ملموسة تجعل لجنة التنسيق المشتركة أكثر قدرة على المنافسة مع تكنولوجيات أخرى للصيد، ويأتي موجز لأهم المزايا.

الكفاءة العالية في القدرات والزمام

(ب) إن النظم الحديثة [التكفيرية] يمكن أن تحقق بصورة روتينية ثاني أكسيد الكربون ()(2) ]([الاستخلاص من المواد الكيميائية العالية الفلورية])(2) [و] [الاستخلاص من المواد الكيميائية الأساسية: 3]) بواسطة الحجم.

استهلاك الطاقة الأدنى

وبفضل المكثفات المتقدمة، والمركبات الهيدروكربونية، وتكامل العمليات، انخفض استهلاك الطاقة المحددة للاحتجاز المسبب للبرد إلى أقل من 1.5 جي جيغا لكل طن من ثاني أكسيد الكربون()٢( ]و-FLT:1] المأخوذة في أفضل محطات تجريبية، وهذا مماثل، في بعض الحالات، لطريقة التبريد التي تتراوح بين 1.6 و1.8 غيغاجول/طون، مقارنة بضغط ثاني أكسيد الكربون الحديث)

انخفاض تكاليف التشغيل

ونظراً لأن العمليات المسببة للبرد لا تستخدم المذيبات الكيميائية، فإن تكاليف التشغيل تقتصر إلى حد كبير على الكهرباء لأغراض التبريد والصيانة العرضية للمعدات الدوارة، وليس هناك حاجة لشراء أمفيتامينات، أو إدارة تدهور المذيبات، أو مواسير النفايات المعالجةية، مما يقلل تكاليف التشغيل المتغيرة بنسبة تتراوح بين 30 و50 في المائة لكل طن من ثاني أكسيد الكربون (2)

المرونة التشغيلية والتقسيم

ويمكن البدء في نظم التبريد الموحّدة ووقفها بسرعة أكبر من محطات الأمفيتامين، التي تتطلب ساعات للوصول إلى التوازن الحراري والتحميل المذيب، مما يجعل من المقارنات الكيميائية مناسبة جيداً للعمليات الصناعية ذات معدلات انبعاثات متغيرة أو لاستخلاص وحدات مركبية ذاتية الدفع (FLT:0)(2) ) من مصادر القدرة المتقطعة مثل شبكات غنية بالمتجددة.

Environmental Footprint

(ب) بالإضافة إلى التخفيض المباشر لثاني أكسيد الكربون (2) الانبعاثات، فإن التقاط المواد البكائية لا يولد مركبات عضوية متفجرة (VOCs)، ولا أي هوسولات مذيبة، ولا مياه مخلفة، والمنتج الثانوي الوحيد هو الغاز الجاف والنظيف (النيتروجين) الذي يمكن اختراقه بأمان، وإذا استخدمت الطاقة الكهروجينية المتجددة، تصبح عملية التقاط نفسها أكثر من جرعات الكربون(22)

التوجيهات المستقبلية والبحوث الجارية

وفي حين أن الحالة الراهنة لالتقاط الكربون المبردة مثيرة للإعجاب، فإن الباحثين في جميع أنحاء العالم يتابعون سبلا متعددة لزيادة الأداء، وتشمل مجالات التركيز مواد جديدة، والتنقية بأساليب أخرى للقبض، وتطبيقات جديدة لثاني أكسيد الكربون المأخوذة (2.

مواد كشافة لبورصات الحرارة وسطحات الفصل

One of the most promising research boundaries is the use of nanostructured coatings and operationalized surfaces to promote CO2 nucleation. In conventional heat exchangers, desubmlimation can lead to uneven frost buildup, which reduces heat transfer and requires periodic defros frequencys.

نظم السطو المختلط

(أ) التحلل المبرد المتراكم قبل التكفير مع خطوة صغيرة من الأمين أو التلقيح المغناطيسي هو استراتيجية ناشئة للحصول على أفضل الطرق في العالمين، والفكرة هي استخدام التبريد المبرد لإزالة الجزء الأكبر من ثاني أكسيد الكربون (2) (يرجى 80-90٪) بتكلفة منخفضة، ثم نقل الغاز المتبقي من خلال وحدة صغيرة للمسح التقليدي(2)

التكامل مع استخدام الكربون والوقود E--و

Leschquid CO2] produced by cryogenic capture is an ideal feedstock for conversion into synthetic methane, methanol, or aviation fuels. The purity and ready availability at pipeline pressure eliminate the need for additional compression and purification that are required for CO[FLT cry]2[Fsis millut]

توسيع نطاق الدور في التقاط الهواء المباشر

(د) رغم أن تركيز هذه المادة على احتجاز الغاز المفلور الصناعي، فإن التقنيات المسببة للبرد تُكيَّف أيضاً من أجل التقاط الهواء المباشر (DAC)() والتحدي هو التركيز المنخفض جداً لثاني أكسيد الكربون (2) في الهواء المحيط (نحو 0.04 في المائة)، الذي يجعل التبريد إلى نقطة التكثيف عالية الكثافة للطاقة.

خاتمة

Cryogenic carbon capture has evolved from a niche laboratory curiosity into a practical, scalable technology for reducing industrial CO2 emissions. Advances in compressor cycles, compact heat exchangers, renewable energy coupleing, and modular design have collectively lowered the energy penalty and capital cost to levels competitive with conventional amine scrubbing.

وبالنسبة لصانعي السياسات وقادة الصناعة، فإن الرسالة واضحة: إن احتجاز الكربون المبرد جاهز للانتشار اليوم، مع إثبات الأداء في قطاعات متعددة، بما في ذلك توليد الطاقة، والاسمنت، والصلب، والنفايات إلى الطاقة، وبإدماج هذه التكنولوجيات في الاستراتيجيات الوطنية للمناخ ودعم مزيد من المظاهرات التجريبية، يمكن للبلدان أن تعجل الطريق نحو انبعاثات صافية صفرية، ولا تمثل التطورات الأخيرة المبينة هنا تحسينات إضافية فحسب، بل تمثل تغييراً حقيقياً في قدرة ثاني أكسيد الكربون على البقاء().

External references:] ]U.S. Department of Energy — Cry Carbonture Overview ⁇ Global CCS Institute - Cost Analysis of Carbon Capture Technologies (2024)