How Direct Air Capture Functions: The Technical Foundations

(ب) لا توجد رصاصة فضية، بل هو مشرط حرج في مجموعة أدوات إزالة الكربون الأوسع، خلافاً لاستخلاص المصادر، الذي يمنع الانبعاثات من مصدر مركز مثل محطة توليد الطاقة أو كيلوين، وتعالج لجنة مكافحة التصحر بلايين الأطنان من كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون(2])

(أ) توجد مسارات تكنولوجية أولية لتحقيق هذا الفصل: خام متين ومذيب سائل DAC. Solid DAC systems, such as those deployed by Climeworks, uses solid filters coated with chemicals (typically amines or alkali metal carbonates) that chemically bind CO2

وكلاهما كثيف الطاقة، ومتوسط الطاقة الحرارية المطلوب لفصل ثاني أكسيد الكربون (2 من الهواء المحيطي هو حوالي 5.5 غيغاجول لكل طن من ثاني أكسيد الكربون (2) .

The Current State of DAC: From First-of-a-Kind to Commercial Deployment

وقد تحولت الصورة العامة للجنة المساعدة الإنمائية بشكل كبير في السنوات الخمس الماضية، حيث انتقلت من مشاريع تجريبية باهظة التكلفة وصغيرة النطاق إلى المراحل المبكرة من الانتشار التجاري، والبيانات التشغيلية التي تنتجها هذه المرافق لا تقدر بثمن في خفض التكاليف وإبراز الموثوقية للمستثمرين والمنتفعين.

منشأة تشغيلية ذات قيمة عالية هي محطة أوركا كليميبس في ايسلندا التي بدأت عملياتها في عام 2021 مع قدرة على إنتاج الـ 4000 طن من ثاني أكسيد الكربون (2) في السنة، كانت أوركا أول محطة كبيرة الحجم للتخزين، وكانت ابتكارها الحاسم مقترنة بتكنولوجيا التزود بالكميات الجامدة

In the United States, the Department of Energy (DOE) Carbon Negative Shot initiative sets a target of under $100 per ton of CO2[FLT:] removed Giaton-scale, and its Catalytic Program has invested heavily in regional DAC hubs. The most ambitious project currently under construction is Stratos, operated by 1PointFive in Ector County,

وتظل اقتصاديات لجنة المساعدة الإنمائية أكبر حاجز للتكنولوجيا، وكثيرا ما كانت التكاليف الأولية قد استشهد بها أكثر من 000 1 دولار للطن الواحد، وتشير التقديرات الهندسية الحالية إلى أن تكاليف محطات الجيل الأول تتراوح بين 600 و 000 1 دولار للطن الواحد، والهدف الذي حددته وزارة الطاقة، وعدة التزامات سوقية متقدمة للقطاع الخاص، هو بلوغ 100 دولار للطن الواحد خلال العقد المقبل، مما سيتطلب مزيجا من الابتكار التكنولوجي، وحجم التصنيع، والسياسات المواتية.

ويستند أسطول محطات مكافحة المخدرات الحالي إلى حد كبير إلى الجيل الأول من الكيمياء والهيكل النموذجي، غير أن موجة من المثيرات التقنية والابتكارات الهندسية تولد زخماً، وهذه الاتجاهات الناشئة تتشاطر هدفاً مشتركاً: تخفيضاً جذرياً لعقوبة الطاقة ونفقات رأس المال المرتبطة بالتحرك وتجهيز كميات هائلة من الهواء.

المتطورات والمحفوظات المحتوية على مواد نوفية

(ب) إن أداء نظام صلب من المواد الكيميائية لا يضاهي إلا مستوى صلاحيته، إذ تعتمد النظم المبكرة اعتماداً كبيراً على الأمينات السائلة أو الكربونات الكهلية البسيطة، ويعرف الجيل التالي بمواد متقدمة مصممة على المستوى الجزيئي.() وتُعد الأطر الكيميائية المميتة العضوية هياكل بلورية شديدة الاختراق مع مساحة سطحية داخلية هائلة، مما يتيح منصة قابلة للتشبثوق في مركب ثنائي (([FLT:

وتمثل عملية الاستيعاب بالهيدرو-المضغوطة خروجاً جذرياً أكثر، إذ تقوم شركات مثل فيردوكس بتطوير خلايا الكهروكيميائية تلتقط ثاني أكسيد الكربون (2) عندما يتم تطبيق الفولط وإطلاقه عندما يتم عكس مسار الفولط أو دورة، وتعمل هذه الطريقة في درجة حرارة الغرفة ولا تتطلب أي حرارة؛ كما أن مدخلات الطاقة الجغرافية هي عوامل ضغط كهربائية تماماً إذا ما تم ضخها.

تكامل الطاقة المتجددة وإدارة الحرارة

إن ترابط الطاقة في مركز مكافحة المخدرات يقود اتجاها نحو التشارك في المواقع العميقة مع البنية التحتية للطاقة المتجددة، ولن تكون مرافق إزالة الكربون في المستقبل مجرد "ربطة حشو"

كما يؤدي تخزين الطاقة الحرارية دوراً؛ ويمكن أن يوفر الحرارة الشمسية المركزة حرارة عالية الحرارة خلال ساعات النهار، في حين أن البطاريات الحرارية (التي تستخدم الملح المغنطيسي، أو مواد التغيير التدريجي، أو الرسوم البيانية الصلبة) يمكن أن تسد الفجوة الليلية، فتكامل هذه التكنولوجيات ينتقل من مشكلة الاستيلاء النقي على الطاقة إلى تحد هندسي على مستوى النظم، وسيكون أكثر مطوري المادة DAC نجاحاً هو الذي سيقود كفاءة الطاقة.

التصميم النموذجي والتصنيع الصناعي - Scale Thinking

وكانت نظم الجيل الأول من اتفاقية مكافحة الفساد مبنية يدوياً إلى حد كبير، ومصانع كيميائية مصممة خصيصاً، وهذا النهج مكلف جداً جداً لتحقيق نشر على نطاق جيغاتون، ويتمثل الاتجاه الأساسي في تشكيل مستقبل لجنة مكافحة التصحر في اعتماد هيكل نموذجي على نطاق الصناعة التحويلية، وتتعلم الصناعة من كتاب صناعة التصوير الضوئي الشمسية: المكونات الموحدة، وخطوط التجميع الآلية، والنشر الميداني السريع.

وبدلا من بناء مصنع ضخم واحد، تقوم شركات مثل نويا وعالمي تيرموست بتصميم وحدات صغيرة محفورة يمكن إنتاجها على نطاق واسع في المصانع وتوضع في صفائف، مما يقلل من النفقات الرأسمالية الأولية ويعجل بالجدول الزمني للنشر ويتيح التوسع التدريجي، كما أنه ييسر أيضا وضع معدات موزعة في مواقع موزعة، مثل المواقع الصناعية القائمة، ومرافق النفط والغاز، أو العمليات الزراعية.

النظم المتكاملة والمختلطة لتطهير الكربون

ويمكن أن يكون نموذج " الرأس والتخزين " النقي مستقيماً ولكنه يواجه عقبات في البنية التحتية للقبول العام وخطوط الأنابيب، وثمة اتجاه ناشئ يتمثل في دمج الـ دي سي مع نظم الاستخدام في المجرى أو الـدوافع المزدوجة الغرض، وتجمع النُهج الهجينية بين الـ دي سي والحلول المناخية الأخرى، مثلاً، يمكن أن تُشارك وحدة من وحدة إدارة النقل الجوي في توفير غاز ثاني أكسيد الكربون (FLT: 0)(2).

إن الاندماج في الطقس المعزز أو معالجة الخرسانة هو مسار هجين واعد آخر، عملية كربون الهيرلوم التي تستخرج من ثاني أكسيد الكربون (C(FLT:0))(2) ) إلى كربون الكالسيوم في غضون أيام، وسجنه فعلياً في مادة البناء الصلب، وبإنشاء تدفق منتجات قيّمة يمكن بيعها اليوم، يمكن لهذه النظم المتكاملة أن تولد إيرادات مبكرة إلى عمليات التخلص التدريجي

Innovations on the Horizon: The RD Pipeline

وفي حين أن الاتجاهات المذكورة أعلاه يجري تطبيقها بالفعل في عمليات النشر التجارية الرائدة والمبكرة، يجري تطوير مجموعة أعمق من الابتكارات في المختبرات وحُفِّزت في العمود الفقري الجامعي، وهي تمثل القفزة المقبلة للصناعة.

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

وتعجل منظمة العفو الدولية وتيرة اكتشاف المواد وعملية الاستخدام الأمثل في مركز مكافحة الفساد، وحيز البحث التجريبي للمرشحين الجدد واسع من الناحية الفلكية، ويشمل ملايين الهياكل المحتملة لأجهزة غسيل الأمواج، وأجهزة البوليمرات الأمينية، ويمكن لنماذج التعلم الماكين، مثل شبكات الأشعة العصبية، التنبؤ بقدرة الاستيعاب، والانتقائية، وإعادة توليد الطاقة استنادا إلى هيكل المواد الذي لا مثيل له.

وفيما عدا المواد، فإن مراقبة العمليات التي يقودها المعهد هي الاستخدام الأمثل لمصانع الحمض النووي، ويمكن أن تؤدي الخوارزميات التعليمية المعززة باستمرار إلى تعديل سرعة المعجبين، ومعدلات ارتفاع درجات الحرارة، ومواقع الصمامات للتقليل من استخدام الطاقة إلى الحد الأدنى مع زيادة إنتاجها إلى أقصى حد، ويمكن أن تكشف نماذج الصيانة الافتراضية عن وجود أوجه خلل في الأداء البسيط أو التدهور الميكانيكي قبل أن تتسبب في انخفاض الوقت.

إزالة ثاني أكسيد الكربون المحتوي على كربون مُعدّل حسب المحيطات

(أ) [جزء كبير من 2] ينتهي بنا المطاف إلى حل في المحيط، وترمي تكنولوجيات تقرير المصير المستند إلى المحيطات إلى تسريع القدرة على الاستيعاب الطبيعي للمياه البحرية.() وتستوعب النُهج الكهربية، مثل تلك التي طورتها Elicion, Captura, and others, exploit an electrochemical cell to change the pH of seawater(2).

وفي حين أن هذا النهج القائم على المحيطات ينطوي على عدة مزايا نظرية على المادة المستنفدة للأوزون الأرضية، فإن تركيز ثاني أكسيد الكربون [(FLT:0](2) ] في المياه البحرية يزيد بنسبة 150 مرة تقريباً عن الهواء، مما يعني أن الحاجة إلى تجهيز الغازات الأقل لكل وحدة من وحدات ثاني أكسيد الكربون المأخوذة (FLT:2])(2) . وعلاوة على ذلك، فإن التحول في القاعديكاليون يمكن أن يتصدّي للتنافسي

Biomimicry and Biocatalytic Capture

(ب) إن الطبيعة تُسجَّل الكربون لمليارات السنين باستخدام الأنزيم الكربوني الإنزيمي، وهذا الانزيم يحفز تحويل ثاني أكسيد الكربون (2) والماء إلى حمض الكربون بمعدل يزيد على مليون رد فعل في الثانية.() وتُعدُّ الباحثات الآن هندسة ثابتة، وتُصَمَّم نسخاً صناعية من هذا الانزيم لاستخدامه في نظم الضغط 2.

وتقود شركات مثل سيلا هذا النهج، حيث يجمع بين التحليل الأحيائي والهندسة البسيطة، وتتحول ثاني أكسيد الكربون (2) ] إلى مركبات الكربون، وهي شكل ثابت وغير سمي يمكن تخزينه إما في حل أو في مجال التعدين، ويتجنب هذا النهج الخطوة العالية الترميم التي تهيمن على تكاليف الطاقة لليد العاملة في مجال إزالة الألغام للأغراض البيئية الرخيصة، والتي يمكن أن توفر مسارا أكثر أمانا.

السياسات، أسواق الكربون، الابتكار المالي

فالتكنولوجيا وحدها لن تُفتح نطاقات لجنة مكافحة التصحر، فالسياق الاقتصادي يجب أن يكون صحيحا، فالابتكارات المالية آخذة في الظهور كعامل تمكيني حرج، فالإئتمان الضريبي الذي تبلغ قيمته ٤٥ كيلو مترا يوفر إعانة مالية لكل طن لاحتجاز الكربون وتخزينه، مع قيم تبلغ ٨٥ دولارا للطن الواحد لوكالة الطاقة الأوروبية و ١٨٠ دولارا للطن الواحد للتخزين الجيولوجي المكرس، وهذا دافع قوي للمشاريع المحلية، غير أن الإيرادات من الائتمانات وحدها لا تكفي في كثير من أجل تمويل المشاريع.

(د) إن سوق الكربون الطوعية تتصاعد، وقد تعهد صندوق الحدود، بدعم من شركة " ستري " و " ألفابيت " و " ماكينزي " ، بما يزيد على بليون دولار من اتفاقات الشراء المسبقة الدائمة، وإرسال إشارة قوية إلى المطورين، وهذه الاتفاقات التي تلغي المخاطرة وتمكين مطوري المشاريع من تأمين تمويل البناء، وعلاوة على ذلك، فإن ظهور تأمين على إزالة الكربون يؤدي إلى إيجاد مستلزمات ذات جودة عالية.

The Road Ahead: Challenges and Critical Pathways

وعلى الرغم من سرعة وتيرة الابتكار، تواجه لجنة المساعدة الإنمائية توائماً كبيرة، إذ إن حجم النشر اللازم للتأثير بشكل مجد على ثاني أكسيد الكربون العالمي (2) من حيث التركيزات هو أمر مذهل، إذ إن سيناريوهات الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ التي تتوافق مع 1.5 درجة من الاحترار تتطلب ما يتراوح بين 5 و10 بلايين طن من ثاني أكسيد الكربون (2) من وحدات البناء سنوياً بحلول عام 2050.

ولا يزال الإمداد بالطاقة هو أكثر القيود حدة، إذ أن الاستيلاء على بليون طن من ثاني أكسيد الكربون (2) ] سنويا باستخدام تكنولوجيا الجيل الحالي يتطلب ما يتراوح بين 15 و 20 ميغاجولا من الطاقة، أي الاستهلاك الإجمالي للطاقة الأولية في روسيا، وتوريد هذه الطاقة دون توليد انبعاثات إضافية مهمة ضخمة، ولكي تكون الطاقة المتجددة صافية، يجب أن تكون محطات الديموقراطية ذات طاقة منخفضة للغاية.

أما القدرة على التخزين الجيولوجي فهي في غاية الوفر من الناحية النظرية، حيث توفر طبقات المياه الجوفية المالحة تريليونات من الأطنان من القدرات، غير أن البنية التحتية العملية للحقن، وحقوق الفضاء الأساسية، والأطر التنظيمية، وعمليات الموافقة العامة لم تُطبق بعد على النطاق المطلوب، كما أن حجة " المخاطر الأخلاقية " ما زالت قائمة: فالاستثمار في لجنة المساعدة الإنمائية يوفر غطاء سياسيا لاستمرار استخدام الوقود الأحفوري، وللإبقاء على الترخيص الاجتماعي، يجب أن تكون الأوساط المعنية بإزالة الكربون شفافة بشأن الحدود وضمانها.

وأخيرا، يتطلب تحقيق هدف الـ 100 دولار للطن استثمارا مستمرا في البحث والتطوير، فضلا عن السياسة التي تدعم النشر والابتكار على السواء، والعقد المقبل هو أرضية ثابتة، والشركات التي ستخلف ذلك هي التي ستتحكم في إدماج المواد المتقدمة، ونظم الطاقة الذكية، والتصنيع الآلي، واستراتيجيات السوق المتطورة، والاختراق المباشر لم يعد اقتراحا نظريا بحتا، بل هو تحد هندسي يجري حله، بواسطة البنية التحتية المتطورة.