Table of Contents
ככל שהטמפרטורות הגלובליות עולות וההשפעות של שינויי האקלים מתחזקות, העולם ניצב בפני אתגר דחוף – כיצד להפחית את פליטת גזי החממה ובמקביל להתאים תשתיות ותעשיות לסביבה המשתנה במהירות.שני פתרונות קריטיים מתעוררים בחזית המאמץ הגלובלי הזה: ⁇ :0 Carbon ללכוד טכנולוגיות והנדסת אקלים עמידים באקלים 1.
לכידת פחמן ואחסון (CCS) מתייחס ישירות לגורם הבסיסי של שינויי האקלים על ידי מניעת פחמן דו חמצני (CO2) פליטות כניסה לאטמוספירה.בינתיים, FLT:0climate-resilient Engineering מבטיחה כי הערים, תעשיות, תשתיות יכולות לעמוד בתדירות הגוברת ובחומרה של אירועי מזג אוויר קיצוניים FLT:1 יחד, חידושים אלה מייצגים את עמודי התאום של בר קיימא, נמוך, פחמן, ולפתח את בריאות האדם ושגשוג אנושי.
מדריך מקיף זה חוקר כיצד טכנולוגיות אלה פועלות, מדוע הן חשובות, וכיצד הן מופצות על פני תעשיות כדי ליצור עולם יותר יציב.הבנת טכנולוגיות לכידת פחמן ואסטרטגיות הסתגלות אקלים כבר לא אופציונליות - חיוני לכל מי שמעורב בהנדסה, תכנון עירוני, מדיניות, מדיניות, או ניהול סביבתי.
המונחים: Climate-Resilient Solutions
ההשפעות של שינויי האקלים – רמות הים, גלי חום ארוכים, בצורת הרסנית, שיטפונות קטסטרופליים וסערות חזקות יותר ויותר - מערכות אקולוגיות סוערות, תשתיות קריטיות וכלכלות גלובליות.
כדי להשיג מטרות אקלים גלובליות כגון אלה המפורטים בהסכם פריז, שמטרתן להגביל את ההתחממות ל-1.5 מעלות צלזיוס מעל לרמות טרום-תעשייתיות, העולם חייב לנקוט אסטרטגיה כפולה.We לא יכול פשוט להפחית את פליטות התקווה לטוב ביותר, ולא נוכל להתאים רק לשינויים ללא התייחסות לסיבות שלהם.הצלחה דורשת גם הפחתה והסתגלות בעבודה ב- tandem.
אסטרטגיה כפולה זו דורשת:
(FLT:0) מיג'יגלמ"ל:1: צמצום באופן אגרסיבי של פליטת גזי חממה באמצעות טכנולוגיות כמו לכידת פחמן, התרחבות אנרגיה מתחדשת, שיפורי אנרגיה, ודה-קרביזציה תעשייתית.
(FLT:0) ,AdaptationFLT:1: תשתיות עיצוב, מערכות חקלאיות, משאבי מים וסביבתה שיכולים לעמוד ולאושש מהשפעות האקלים שכבר נעולות עקב פליטות היסטוריות.
הדחיפות אינה יכולה להיות מוגזמת (FLT:0) כל חלק ממדרגה של התחממות מתורגם להשפעות חמורות יותר של לכידת פחמן 1, מכחדת מינים ומערכת אקולוגית מהתמוטטות לעקירה אנושית ולשיבוש כלכלי.החלון לפעולה יעילה הוא צר, מה שהופך יישום מיידי של מערכות לכידת פחמן ושיטות הנדסה חיוניות לעתיד המשותף שלנו.
מה זה Carbon Catch and Storage (CCS)?
(FLT:0) קרבון ללכוד ולאחסון (CCS) היא חבילה של טכנולוגיות שנועדו ללכוד פליטות פחמן דו-חמצני מתהליכים תעשייתיים, מתקני ייצור חשמל, ואפילו ישירות מאווירה משולבת 1, למנוע גזי חממה אלה להשתחרר לתוך האווירה שבה הם יתרמו להתחממות הגלובלית.
הנחת היסוד היא פשוטה: יירוט CO2 במקורו או להסיר אותו מהאוויר, ולאחר מכן לאחסן אותו לצמיתות או להמיר אותו למוצרים שימושיים. גישה זו מאפשרת המשך השימוש בתהליכים תעשייתיים מסוימים ותשתיות קיימות תוך צמצום דרמטי של השפעת האקלים שלהם.
ניתן להשיג CO2 באמצעות שני מסלולים עיקריים:
(FLT:0Geological StorageFLT:1: CO2 מוזרק עמוק תת-קרקעי לתוך היווצרותים גיאולוגיים כגון שדות נפט וגז מדולקים, קוויפר עמוק, או ים פחם בלתי-מוכרים.היווצרות אלה הכילו גזים ונוזלים במשך מיליוני שנים, מתן הוכחה של קיבולת ארוכת טווח.ה-CO2 מוזרקת מאוחסנים במעמקים של 800 מטרים, שם הלחץ והטמפרטורה הצפופת, כמו גם מאווירה, למנוע אותה חזרה למצבים, למנוע אותה חזרה, למנוע אותה למצבים, כמו אווירופתים, למנוע אותה חזרה, למנוע אותה מאווירה, למנוע אותה חזרה, למנוע אותה חזרה מאווירה, למנוע אותה מאווירה, למנוע אותה חזרה מאווירה, למנוע אותה לטווח ארוך.
(ה) [ה]החלל: במקום אחסון בלבד, נתפס CO2 הופך לחומר גלם למטרות תעשייתיות.זה כולל שחזור שמן משופר (הזרקת CO2 לשדות הנפט כדי לחלץ נפט נוספים), ייצור דלקים סינתטיים וכימיקלים, ייצור חומרי בנייה כמו בטון, יצירת סיבים פחמן, או יצירת משקאות פחמן פחמן, המכונה: FLT2; פחמן, ניצול פחמן, ו-CC (FUS) , , , , , , ו-APT2 , , , מניעת פחמן, תוך אספקת אנרגיה גרעינית, ו-D2, ו-APT2, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , אספקת אנרגיה .
כיצד פחמן לוכד פועל: התהליך הטכני
תהליך לכידת הפחמן כולל שלושה שלבים עיקריים, כל אחד דורש טכנולוגיה מתוחכמת והנדסת זהירות:
(ב) ,0)CapturephFLT:1: CO2 מופרד גזים גזים אחרים הנמצאים בזרם גזי פלואום או אוויר מתפתל.כמה טכניקות מוכחות משיגות הפרדה זו:
- (FLT:0Chemical AbsorptionFLT:1): השיטה הבוגרת ביותר מבחינה מסחרית משתמשת בפתרונות נוזליים, בדרך כלל פתרונות מבוססי-אמין, שקשורים באופן סלקטיבי עם CO2.המס-עשירים מחוממים אז לשחרר CO2 מרוכז גז, בעוד המפת המחוספסת ממוחזרת חזרה למערכת הלכידת.
- (FLT:0) אדמירלציה פיסית (MoFLT:1): חומרים סולידריות עם שטח פני השטח גבוה, כגון מסגרת פחמן מופעלת או מתכת-אורגנית (MOFs), נמשכים פיזית והחזקת מולקולות CO2 על פני השטח שלהם.
- (FLT:0) מנברן הפרדה בין-FLT:1: קרום מיוחד מאפשר ל- CO2 לעבור בזמן חסימת גזים אחרים, יצירת זרם CO2 מרוכז.
- (ב) [ה]: [ה], [ה],] [ה], [ה],] ה-CO2 מתקרר עד שהוא מנקה, מפריד אותו גזים אחרים.
(FLT:0) דיכוי והובלת העברה 1:1: פעם נתפס, CO2 קיים כגז בלחץ אטמוספירי.עבור תחבורה יעילה אחסון, יש לדחוס אותו ללחץ גבוה (בדרך כלל 100-150 בר), להפוך אותו לנוזל צפוף.זה דחוס CO2 מועבר דרך צינורות ייעודיים (השיטה הכלכלית ביותר עבור אוניות גדולות), אחסון מיוחד (עבור מכוניות בינלאומיות או רכבת), או משאיות קטנות יותר (מעגלות) ללא מיקום גישה).
(FLT:0Storage or UtilizationFLT:1): השלב הסופי קובע את גורלו האולטימטיבי של CO2 עבור אחסון גיאולוגי, CO2 דחוס מוזרק דרך בארות קידוח לתוך היווצרות תת קרקע מתאימה, לעתים קרובות בעומק של 1-3 ק"מ.לעקוב אחר התנהגות תת-קרקעית של CO2, ומבטיח שהוא נשאר כלול בבטחה עבור ניצולים, CO2 הופך להאכיל עבור תהליכים תעשייתיים שונים למנוע שימוש פחמן או פחמן-אטמוספריים.
טכנולוגיות פחמן לוכדות
חדשנות בלכידת פחמן ממשיכה במהירות, עם גישות חדשות המציעות יעילות משופרת, עלויות נמוכות יותר, וכדאיות רחבה יותר:
(FLT:0)Direct Air Capture (DAC)FLT:1; אולי הגישה השאפתנית ביותר, מערכות DAC לחלץ CO2 ישירות מהאוויר בתוך אוויר מתפתל באמצעות מעריצים גדולים שדוחפים אוויר באמצעות סוברים כימיים או מסננים.בעוד האוויר מכיל רק כ- 0.04% CO2 (לעומת 3-15% ב- DAC), DAC מציע יתרונות ייחודיים: ניתן למצוא בו כל מקום, הוא יכול להיות ממוקם, כתובות היסטוריות כבר על ידי פחמן-חמצני, אך ורק על ידי שימוש במתקנים מתקדמים יותר, אך ורק על ידי אנרגיה מתחדשת, אם כי הם יכולים להשיג, כאשר הם יכולים להשיג יותר מאשר סוללות פחמן-חמצני, כמו פונקציות פחמן-חמצני, כמו פונקציות פחמן-חמצני, כמו פחמן-חמצני, לעומת זאת, כמו חלוציתיקים, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, כמו חלוציתיקים, כמו פחמן-חמצני, לעומת זאת, לעומת זאת, כמו פונקציות פחמן-חמצני, לעומת זאת, כמו פחמן-חמצני, כמו פחמן-חמצני, לעומת זאת, כמו גם תכונות טכנולוגיות פחמן-ידי שימוש במתקנים מתקדמים יותר מאשר תכונות טכנולוגיות פחמן-ידי פחמן-חמצני, לעומת זאת, לעומת זאת, כמו פחמן-ידי שימוש ב-חמצני, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת
(FLT:0)Bio Energy with Carbon Catch and Storage (BECCSIRLT:1: גישה זו משלבת ייצור אנרגיה ביומסה עם לכידת פחמן, וכתוצאה מכך פליטות בעלות ערך נטו (BECCS) סופגות CO2 מהאווירה כפי שהן גדלות באמצעות פוטוסינתזה.כאשר הביומסה זו נשרפת לאנרגיה, התוצאה המשוחררת של CO2 נלכדת וחסומה, היא ייצור אנרגיה מתחדשת שבאמת דורש מ-CO2F1, אשר דורש את הפחתת האקלים החשוב ביותר:
(FLT:0)Carbon מינרלים (Carbonמינרליזציה) 1 (הנקרא גם פחמן מינרלי, תהליך זה הופך את CO2 למינרלים פחמן מוצק על ידי הפעלתו עם חומרים עשירים בסידן או מגנזיום.הפחמים המתקבלים הם יציבים מבחינה כימית ויכולים לשמש בחומרי בנייה, תוך נעילה מתמדת של פחמן במבנים, כבישים, תשתיות אחרות.
(FLT:0) מתקדם Membrane ו Solid Sorbentrated SystemsFLT:1: חומרים הדור הבא מבטיחים יעילות אנרגיה משופרת באופן דרמטי בהשוואה למסגרות amine מסורתיות. Metal-Ornic (MOFs), מסגרות אורגניות קוהנדסיות (COFs), ו membranes פולימר מתקדם יכול ללכוד CO2 עם פחות אנרגיה עבור חידוש כמה ריבור מוצק יכול להיות regener מחדש, או יותר אנרגיה מתחדשת.
(FLT:0) לכידת פחמן אלקטרונים (Electrochemical Carbon CaptureFLT:1): גישה זו מתפתחת משתמשת בתהליכים אלקטרו-כימיים כדי ללכוד ולשחרר CO2, פוטנציאל המאפשרת מערכות יעילות מאוד, המונעות מבחינה חשמלית שיכולה להשתלב בצורה חלקה עם מקורות אנרגיה מתחדשת.
תפקיד לכידת פחמן בעתיד נטו-אירו
בעוד מקורות אנרגיה מתחדשים כמו השמש והרוח להפחית את פליטות חדשות מדור חשמל, הם כוללים פליטות כי הם קשים או בלתי אפשריים לחסל את אנדרט 1 - מה שנקרא "קשה-ל-לא-מרפא" מגזרים.אלה כוללים ייצור מלט (אשר מייצר CO2 באמצעות שימוש באנרגיה ותגובה כימית), ייצור פלדה (אשר דורש פחמן להפחתה של ברזל), ייצור כימי (שם דלקים מאובניים משמשים כמו נזיקין, לא רק אנרגיה), אשר דורש אנרגיה נוזלית אנרגיה נוזלית), אשר דורשות לטווח ארוך).
על פי סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA), השגת מטרות אפס בעולם עד שנת 2050 תדרוש לכידת ואחסון של כ-7.6 מיליארד טון של CO2 מדי שנה.הקנה מידה מסיבית זו משקפת את תפקידו החיוני של לכידת פחמן באסטרטגיות של הפחתה באקלים.
CCS גם משמש כטכנולוגיית גשר חיונית - המאפשרת לתעשיות הקיימות להפחית באופן דרמטי את פליטות בעוד טכנולוגיות הדור הבא בוגרות ולהגדיל את היקף הייצור, במקום לכפות סגר מיידי של מתקנים המייצגים טריליון דולרים בהשקעות הון ומיליוני מקומות עבודה, לכידת פחמן מאפשרת מעבר הדרגתי תוך שמירה על יציבות כלכלית וביטחון אנרגיה.
יתרה מכך, לכידת פחמן:0 לכידת עם אנרגיה ביולוגית או לכידת אוויר ישירה מציעה את המסלול היחיד מוכח פליטות שליליות בקנה מידהFLT:1 .מכיוון שמודלים אקלים מראים באופן עקבי כי הגבלת התחממות ל-1.5 מעלות צלזיוס לא רק תדרוש רק לעצור פליטות אלא גם הסרת CO2 באופן פעיל מהאווירה, טכנולוגיות אלה של הרשאות שליליות הופכות לכלים חיוניים ולא תוספי מזון אופציונליים.
מהי הנדסה של אקלים-Resilient Engineering?
(FLT:0Climate-resilient Engineering מתייחס לתכנון, בנייה ותפעול של תשתיות שיכולים לעמוד, להסתגל, להתאושש במהירות מהשפעות הקשורות לאקלים 1.It מייצג שינוי יסודי מגישות הנדסיות מסורתיות אשר הניחו תנאי אקלים יציב יחסית לפרדיגמות חדשות אשר מתכננים שינוי, קיצוני יותר, פחות צפוי תנאים סביבתיים.
גישה זו כוללת שילוב של הערכות סיכון סביבתיות מקיף ועקרונות עיצוב הסתגלות לכל שלב במחזור החיים של הפרויקט – החל מהתפיסה הראשונית באמצעות עיצוב, בנייה, תפעול, ובסופו של דבר מרתיעים או מנקה מחדש.FLT:0 הנדסת הנדסה מוכחת מבטיחה כי מערכות נשאר פונקציונליות בתנאים קיצוניים FLT:1, יכולות להתאים את דפוסי האקלים להשתנות לאורך עשרות שנים, ולהמשיך לספק שירותים חיוניים גם כאשר הם הדגישו על ידי אירועים היסטוריים.
ההיקף כולל את כל מה שמיזמי תשתיות מסיביים כמו גשרים, סכרים ותחנות כוח במערכות ניקוז עירוניות, מבנים, רשתות תחבורה, מתקני טיפול במים ומערכות תקשורת.כל אחד דורש שיקול זהיר לגבי השינויים בדפוסי המשקעים, קיצוניות הטמפרטורה, עלייה ברמת הים, אינטנסיביות מוגברת של הסערה, והשפעות אקלים אחרות ישפיעו על ביצועים, בטיחות, וארוכותיות.
עקרונות הליבה של הנדסה אקלים-Resilient Engineering
כמה עקרונות יסוד מנחים את התפתחות תשתיות עמידות האקלים:
(FLT:0) הערכת סיכונים מסובכת הערכה של סיכונים (FLT:1): מהנדסים חייבים להעריך פרצות לספקטרום המלא של סכנות הקשורות לאקלים כולל שיטפונות (גם חוף וגם לאלנד), הוריקנים וחילונים, אירועי חום קיצוניים, בצורת, שריפות פרא, מפולות אדמה ועלייה ברמת הים.
(FLT:0) ,Adaptation by DesignFLT:1cio: במקום לבנות מבנים קבועים המתאימים לתנאים העבר, FLT:2 הנדסת פיתוח פועלת עיצובים גמישים, מודולריים שיכולים להתפתח כתבניות שינויי אקלים 3FLT זה עשוי לכלול תשתית שניתן לשדרג בקלות, להרחיב או לתקן מחדש; מערכות עם בנייה מחדש; עיצובים אשר יכולים להתאים את עצמם לרמה גבוהה יותר של ים ולהגדיל את התנאים הדרושים, מאשר לחיזוי תנאים מוקדמים יותר מאשר ליעילותם של הסתגלות.
(FLT:0) חומרים בלתי אפשריים ודנים חומרים ראטמב 1 (D): תשתיות חיוניות משלבות חומרים עם שתי טביעות רגל פחמן נמוכות ועמידות גבוהה בתנאים קיצוניים.החומרים מתקדמים מתנגדים לשחיתות ושומרים על כוח תחת לחץ תרמי, מצטברים ממוחזרים להפחית את ההשפעה הסביבתית תוך מתן תכונות מבניות מצוינות, וחומרים מהונדסים יכולים לפגוע בקטין או להתאים את התכונות שלהם לתנאי איכות הסביבה.
(FLT:0) פתרונות מבוססי טבע מבוססת פתרונות FLT:1: הנדסה מודרנית משולבת יותר ויותר אלמנטים טבעיים המספקים יתרונות הסתגלות אקלים תוך תמיכה במערכות אקולוגיות. Wetlands bu נגד פונדקאות הסערה ומזהמים, גגות ירוקות מבודדים מבנים תוך ניהול מים סערות, יערות עירוניים להפחית את השפעות האי החום, שיקום מחוסנים מגן על קו החוף תוך תמיכה במגוון ביולוגי, ריצוף מים מרובים, כולל ריצוף אווירי, לעתים קרובות יותר מאשר אפשרויות מחוספסת, כולל תכונות אוויריות, כולל שיפור של מים מרובים, כולל שיפור, אשר לעתים קרובות.
(FLT:0)Digital and Smart InfrastructureFLT:1hil: חיישנים מתקדמים, בינה מלאכותית וניתוח נתונים בזמן אמת מאפשרים ניהול תשתיות חיזוי ותגובה למערכות חכמות יכול לזהות מתח לפני שכישלון מתרחש, אופטימיזציה פעולות בתנאים משתנים, באופן אוטומטי להפעיל אמצעי הגנה כאשר איומים מזוהים, ולספק התראה מוקדמת למניעת נפגעים.
(FLT:0) Redundancy and DecentralizationFIRLT:1; במקום להסתמך על מערכות ריכוזיות, חד-צדדיות של-התזונה, עיצוב גמיש משלב יכולת מחוספסת ורשתות מבוזרות.מיקרוגרואידים יכולים לשמור על כוח כאשר הרשת העיקרית נכשלת, מערכות מים מבוזרות ממשיכות לתפקד אם מתקן אחד נפגע, ואפשרויות תחבורה רשתיות מספקות חלופות עיקריות כאשר הם חסומים גישה זו, אפילו רכיבים כושלים.
יישום של פחמן לכידת והנדסת אקלים-Resilient Engineering
שילוב טכנולוגיות ללכוד פחמן ועקרונות עיצוב עמידים לסביבה הופך תעשיות ותשתיות ברחבי העולם.הבנת יישומים אלה מגלה כיצד התיאוריה מתורגמת לפתרונות מעשיים.
מערכות אנרגיה ודור אנרגיה
(FLT:0) קרבון ללכוד את הדור של כוח 1FLT מתמקד בעיקר במתקנים ששורפים דלקים מאובנים (דלק טבעי, גז טבעי) או ביומסה. מודרנית תחנות כוח מצוידות יכול ללכוד 90% או יותר של פליטות CO2 שלהם, להפחית באופן דרמטי את ההשפעה האקלים שלהם. פרויקט סכר ברוטלי ב Saskatchewan, קנדה, ואת פטרה נובה בטקסס (כיום) הוכחומטרה מסחרית, בעודם, הם לוכדים עם כמה תחנות פיתוח פחמן.
מתקני ייצור הידרוגן משלבים יותר ויותר את לכידת הפחמן כאשר משתמשים בדלקים מאובניים כמו Feedstock, יצירת "מימן כחול" המציע דלק פחמן נמוך פחמן ללא צורך בתשתיות ייצור חדשות לחלוטין.כאשר בשילוב עם לכידת פחמן, מתקני רפורמת אדים קיימים יכולים לייצר מימן עם ירידה של 90%.
(FLT:0Climate-resilient Energy InfrastructureFevolvedER 1) מבטיח אספקת חשמל אמינה במהלך אירועי מזג אוויר קיצוניים. מיקרוגרואידים עם הדור מבוזר, אחסון סוללות, ובקרות חכמות יכולים לבודד מהרשת הראשית במהלך אסונות, שמירה על כוח למתקנים קריטיים כמו בתי חולים ושירותי חירום.אלבהשגת ציוד חשמלי מעל רמות הצפה מוקרן, שידור קשיח נגד רוחות גבוהות, ועיצוב מערכות קירור כי במהלך כל פעילות גופנית קיצונית.
מתקני אנרגיה מתחדשת דורשים גם עיצוב עמיד בפני אקלים-עמידה. לוחות Solar חייבים לעמוד בפני סיעור חזק יותר של סערות ברד"מ, טורבינות רוח חייבות להתמודד עם מהירויות רוח גבוהות יותר ותנאים אפשריים של כוח הוריקן, ומתקנים הידרואלקטריים חייבים להתאים לשינויים בדפוסי המשקעים והשיטפונות הפוטנציאליים.
תעשייה תעשייתית ותעשייה כבדה
תעשיות כבדות - cement, פלדה, כימיקלים, petrochemicals, וייצור נייר - נחשב כ-25% מפליטת CO2 העולמית.
בייצור מלט, שבו כ -60% מהפליטה מגיעים מתהליך הדחיסה הכימית ולא לשימוש באנרגיה, פליטות לכידת פחמן שאינן ניתנות לחיסול באמצעות חשמלרציה או אנרגיה מתחדשת בלבד. חברות כמו HeidelbergCement ו- Cemex מיושמות CCS בקנה מידה מלא בתחנות מלט, מדגימות טכניות ומספקות טביעות כחולות לאימוץ תעשייתי.
ייצור פלדה באופן מסורתי מסתמכ על פחם כדי להפחית את אומת הברזל, ייצור CO2 באופן טבעי, בעוד הפחתת ישירה מבוססת מימן מציעה אלטרנטיבה לטווח ארוך, לכידת פחמן מאפשרת פיזור הקיים כדי להפחית באופן דרמטי את פליטות במהלך תקופת המעבר.
במקביל, מתקני סימול:0 [התעשיה] מעוצבים מחדש עם הסתגלות האקלים ב- MindveFLT:1 [הגורמים באזורים הצפות כוללים ציוד קריטי גבוה ומחסומים מבולטים, מערכות קירור גדולות מדי כדי להתמודד עם חום קיצוני יותר תכוף, ואזורים המופעלים במים ליישם קירור סגור ומחזרי מים.
בנייה, בנייה ופיתוח עירוני
(FLT:0) ערים עמידות-החיוניות משלבות מבנים ירוקים, עיצובים עמידים בשיטפון וחומרים המיוצרים באמצעות תהליכי ייצור פחמן-ניטרליים של פחמן-נמוך 1 (בניות מהוות כ-40% מפליטת אנרגיה ברחבי העולם, מה שהופך אותם ליעדים מכריעים להפחתה של פחמן והסתגלות אקלים.
מבנים ירוקים מודרניים משלבים עיצובים קירור פסיביים והתחממות כי להפחית את הביקוש לאנרגיה, בידוד ביצועים גבוהים וזוהר, אנרגיה מתחדשת באמצעות השמש גג, מים גשם קציר ומחזר מים אפורים, וחומרים עם פחמן מגולם נמוך.רבים כוללים גם חומרים פחמן-פחמן-אבסרבינג, כגון עץ מפני יערות מנוהלים או בטון שבוצעו עם פחמן ממותק.
תשתיות עירוניות משקף יותר ויותר את המציאות האקלימית.(FLT:0) מערכות ניהול מים ממושכות מחדש את התגשמות 1 למשקעים על פני מקסימוםים היסטוריים, לעתים קרובות משלבות תשתיות ירוקות כמו ביו-שוואלס, גני גשם, ומשטחים שניתן להעלות על פני השטח שלנהל מים באופן טבעי תוך מתן הטבות אסתטיות ואקולוגיות.
חוסן חום מקבל תשומת לב גוברת כמו איים חום עירוניים מתעצמים במהלך גלי חום. גגות קוליים עם משטחים רפלקטיביים, כיסוי עץ מורחב, מבני צל במרחבים ציבוריים, ותכונות מים כולם להפחית את הטמפרטורות העירוניות תוך שיפור איכות החיים.
תשתיות תחבורה וניידות
(FLT:0) ייצור תחבורה מהיר (Decarbonizing TransportFLT:1) כרוך יותר מאשר מעבר לרכבים חשמליים.תעופה ומשלוח למרחקים ארוכים דורש דלקים אנרגיה קשה לחשמל, מה שהופך דלק תעופה בר קיימא (SAF) ודלקים ביו ימיים קריטיים.רבים מהדלקים הבאים מיוצרים באמצעות פחמן שנתפסו יחד עם מימן מתחדשים, יצירת מערכת פחמן מעגלית שבה מולקולות פחמן דומות שוב ושוב בשימוש ולא שחרור חדש של פחמן.
תשתיות תחבורה מתמודדות עם אתגרים אקלים מרובים.(FLT:0)Roads וגשרים חייבים להתמודד עם תנודות טמפרטורה מוגברת sveFLT:1 שגורם התרחבות, התכווצות, ועייפות חומרית.נתיבי תחבורה החוף עומדים בפני הצפה ומאוחר יותר מעלייה ברמת הים. ארועי משקעים קיצוניים יכולים לשטוף את מאגרי הכביש, לערער יסודות הגשר, ולהגביר את מערכות ניקוז.
עיצוב תחבורה גמיש כולל שיפור מסלולים קריטיים מעל רמות הצפה הצפויות, חיזוק גשרים כדי להתמודד עם רוחות חזקות יותר ונוף פוטנציאלי משיטפונות אינטנסיביים יותר, שיפור יכולת הניקוז לאירועים קיצוניים יותר, באמצעות חומרים שמראים שלמות מבנית על פני טווחי טמפרטורה רחב יותר, ופיתוח מסלולים אדומים כך שקשרים קריטיים יש חלופות כאשר נתיבים ראשוניים פגומים.
מערכות רכבת דורשות תשומת לב מיוחדת להתרחבות תרמית ולשיטפונות.מסילות רכבת מהירות גבוהה יכולות לנבוע מתחת לחום קיצוני, בעוד שיטפונות יכולים לערעור מיטות רכבת ולשטוף עקבות.FLT:0Climate-resilient Rail designcioFLT:1 משלב מערכות ניטור תרמיות, שיפור ניקוז, מסלולים מוגברים באזורים מבולים, וחומרים המתאימים לטמפרטורות טובות יותר.
חקלאות וארץ שימוש
(FLT:0) טכניקות לכידת קרטבון:1 בחקלאות ללכוד CO2 מהאוויר ולאחסן אותו באדמה וביומסה. פרקטיקות כוללות נטיעת יבולים הכוללים חומר אורגני לאדמה, יישום ללא פגע או מופחת חקלאות המונעת שחרור פחמן, החלת ביושר (כריזל המיוצר מביומסה) המספקת אחסון יציב, לטווח ארוך, למערכות פחמן נזילות, אשר משלבות לתוך צינורות חקלאיים, אשר משלבים לתוך צינורות חקלאיים.
שיטות אלה מציעות את היתרון הנוסף של שיפור בריאות הקרקע, שימור מים, וחוסן היבול - להפוך את החקלאות עצמה ליותר עמידת אקלים תוך תרומה להסרת פחמן.FLT:0Regenerative חקלאות החקלאות RegenerativeFLT:1 מייצג גישה מקיפה שמשפרת את פליטת הפחמן תוך שיפור יעילות החווה והבריאות הסביבתית.
מערכות חקלאיות עמידות אקלים להסתגל לשינויים בתנאים באמצעות זנים של גידול בצורת, שיפור יעילות השקיה וניהול מים, סיבובי גידול מגוונים המפיצוים את הסיכון לאקלים, ניהול מזיקים משולב שמתאימ להחלפת טווחי מזיקים, ותשתיות שמגנות מפני מזג אוויר קיצוני, כגון ברדת צנרת והתפרצויות רוח.
מערכות ניהול פסולת משלבות יותר ויותר פתרונות אקלים.FLT:0 וצמחים לאנרגיה מצוידת CCSentiFLT:1 ללכוד פליטות מפסולת בוערת שלא ניתן למחזר, לספק אנרגיה מתחדשת תוך מניעת פליטות מתאן ממזומנים ולכידת CO2 מתהליך הבעירה. אנאירובי מתקני העיכול האורגניים להמיר פסולת לתוך ביוגז תוך הפקת קומפוסט באיכות גבוהה, קומפוסט ופוסט תוכניות לפחמן כאשר הם מוחלים פחמן מוחלשים מוחלשים.
היתרונות של שילוב של פחמן לכידת והנדסת אקלים-Resilient Engineering
שילוב טכנולוגיות ללכוד פחמן עם עקרונות הנדסה עמידים אקלים יוצר יתרונות סינרגיסטים שעולה על מה שמגיע לו:
(ב) [ה]התגובה לאקלים: [ה]: התייחסות לשתי הסיבות (באמצעות הפחתה בפליטת פליטה) ואפקטים (באמצעות תשתית יעילה) של שינויי האקלים מספקת את האסטרטגיה החזקה ביותר:2 איננו יכולים להתאים את הדרך שלנו מתוך שינויי האקלים המרוצים FLT 3: לא נוכל להסתמך רק על הפחתה תוך התעלמות מההשפעות שכבר התרחשות.
(FLT:0)Direct Emission ReductionFLT:1: טכנולוגיות ללכוד פחמן מונעות מיליארדי טונות של CO2 להיכנס לאטמוספירה מדי שנה, צמצום ישירות של ההתחממות שמניעה השפעות אקלים.כל טון של CO2 שנתפסו אינו מהתחממות והפחתה של השפעות האקלים בעתיד.
(FLT:0) Infrastruct Longevity and Asset ProtectionFIRLT:1): עיצוב האקלים-עמידתי מרחיב באופן משמעותי את תוחלת החיים של נכסים קריטיים תחת שינוי תנאי סביבה.במקום תשתיות שלא לפני זמן רב בשל התנאים העולה על פרמטרים עיצוב, מערכות גמישות ממשיכות לתפקד בטווחים רחבים יותר של מתח.זה מתורגם ישירות לערך כלכלי - הצבת תשתיות היא הרבה יותר יקר מאשר עיצוב נכון בהתחלה.
(FLT:0) צמיחה ארגונומית ויצירה של איוב:1: המעבר לפחמן נמוך, מערכות עמידות אקלים יוצר תעסוקה משמעותית בבנייה ירוקה, פריסת לכידת פחמן ותפעול, תעשיות אנרגיה מתחדשת, הנדסה סביבתית, תכנון הסתגלות אקלים, ותחומים קשורים.FLT:2Studies מציעים כי תשתיות עמידת האקלים מייצרות תשואה חיובית של 3D, באמצעות נזקים, צמצום הפחתת ההפרעות הכלכליות.
(FLT:0)Enhanced Sustainability and LivabilityFLT) 1:1: ערים חיוניות ותעשיות פחמן נמוכות מאפשרות בנייה בת קיימא ופיתוח כלכלי ללא שינוי האקלים.קהילות הופכות ליותר מנוף באמצעות איכות אוויר משופרת, חום עירוני מופחת, ניהול סערות טוב יותר, ושיפור מרחבים ציבוריים המשלבים תשתיות ירוקות.
(FLT:0) עידוד פליטות תעשייתיות מגן על מערכות אקולוגיות מפני זיהום גז חממה, בעוד תשתיות יעילות מקטינות את הנזק מקיצוניות אקלים.פתרונות המבוססים על הטבע המשולבים בעיצוב גמיש מספקים גידול ותמיכה במגוון ביולוגי תוך מתן הטבות לאקלים.
(FLT:0) ,Energy Security and System ReliabilityofLT:1) : מערכות אנרגיה מבוזרות, מרתיעות את הפגיעות לאירועים קיצוניים במזג אוויר, ומבטיחות המשך אספקת החשמל לצרכים קריטיים.לכידת פחמן מאפשרת המשך השימוש במקורות אנרגיה מגוונים במהלך המעבר למערכות מתחדשות לחלוטין, שמירה על אבטחת אנרגיה.
(FLT:0Risk Reduction and InsuranceFLT:1: תשתיות עמידות אקלים מפחיתות את החשיפה לסיכון, פוטנציאל להפחית את עלויות הביטוח ולשפר את היציבות.
אתגרים ושיקולים
למרות ההבטחה שלהם, טכנולוגיות לכידת פחמן והנדסה עמידת האקלים להתמודד עם אתגרים משמעותיים שיש לטפל בהם על פריסה נרחבת:
(FLT:0) גבוה עלויות ראשוניות גבוהות של פלסב 1:1: הן טכנולוגיות ללכוד פחמן ועיצובים גמישים דורשים השקעה גבוהה יותר מעבר לגישות קונבנציונליות CCS מוסיף 30 עד עלות של ייצור חשמל (למרות עלויות נופלות במהירות), בעוד עיצוב עמידת האקלים בדרך כלל מוסיף 10-30% עד בנייה בהתאם למיקום ולסיכוןים מטופלים.
(FLT:0) דרישות התחדשות (FLT:1): כמה מערכות ללכוד פחמן, במיוחד ספיגה כימית מבוססת אמין, דורש אנרגיה משמעותית עבור תהליך לכידת והתחדשות. דרישה זו אנרגיה יכולה להפחית את תפוקת האנרגיה הנקי מתחנות כוח להגדיל את עלויות התפעול.
(ב) (בקיצור:0) ו- Permanence ConcernsveFLT:1): אחסון ארוך טווח גיאוגרפי CO2 חייב להיות במעקב קפדני כדי להבטיח את החסימה ולזהות כל דליפה פוטנציאלית.בעוד ראיות גיאולוגיות מצביעות כראוי ולנהל אתרים יכולים לאחסן CO2 לצמיתות, חששות ציבוריים לגבי בטיחות וכחות דורשות מעקב שקוף ומסגרות רגולטוריות ברורות.
(FLT:0) רגולציה ומסגרת מדיניות: מסגרות משפטיות עבור תעבורה CO2, אחסון, ואחריות ממשיכות להתפתח.שאלות על ניהול לטווח ארוך, זכויות רכוש לאחסון תת-קרקעי, תחבורה חוצה גבולות של CO2, ועמידות במקרה של דליפת דורשות תשובות ברורות.
(FLT:0) קבלה ציבורית ורישיון חברתי: מעורבות קהילתית וחינוך הם קריטיים להצלחה בפרויקט.כמה קהילות מפחדות מ- CO2 אחסון באזור או אובייקט להמשך השימוש בדלקים מאובנים אפילו עם לכידת. אחרים מתנגדים לשינויים בשכונות שלהם או שאלת מדעי האקלים עצמם.
(FLT:0Technological Maturity ו- ScaleFIRLT:1) ; בעוד טכנולוגיות רבות של פחמן ללכוד והנדסת מכונות מוכחות בהדגמה או בקנה מידה מסחרי, השגת הפריסה מסיבית הנדרשת למטרות אקלים מייצגת טרנספורמציה תעשייתית חסרת תקדים.
(FLT:0)שוויון ו-Just TransitionFLT:1): ההשקעה בתשתיות עמידת האקלים לא חייבת להחמיר את אי שוויון הקיים.קהילות עשיריות יכולות להרשות לעצמה אמצעי חוסן בעוד אוכלוסיות פגיעות נשארות חשופים להשפעות האקלים.
(FLT:0) אינטגרטיביות מורכבות אינטגרטיבית 1FLT: הגדלת לכידת פחמן עם מתקנים קיימים דורש הנדסה זהירה לשמור על יעילות תפעולית ואמינות. בדומה, שילוב עיצוב גמיש לתוך מערכות עירוניות מורכבות עם תשתיות קיימות, בעלי עניין מרובים, ועדיפות מתחרים דורש תכנון ותיאום מתוחכמות.
מגמות עתידיות בלכידת פחמן וחוסנות אקלים
החדשנות ממשיכה במהירות, עם כמה מגמות מתפתחות שגורמות לנו לשנות את האופן שבו אנו מיישמים טכנולוגיות אלה:
(FLT:0)Carbon-to-Value Technologiessph:1; הדור הבא של הדור הבא:2CCUS מתמקד להמיר CO2 שנתפס למוצרים יקרי ערך FLT 3, במקום רק לאחסן אותו.דלקים סינתטיים שנוצרו על ידי שילוב פחמן דו-חמצני עם מימן מציעים תחליפים פחמן-נפטיים לטווח הארוך, כולל פחמן-נפט-נפט-פחמן-פחמן-חמצני, כולל חומרים מאנרגיה מעגלית-חמצני, אשר ניתן להחליף פחמן-נפט-נפט-מחדשת-מחדשת ודלק-פחמן-חמצני.
(FLT:0) AI-Driven Climate Modeling and DesigncioFLT:1) : אינטליגנציה מלאכותית ולמידה מכונה מאפשרת סיכון אקלים מתוחכם מודל של חישוב המודיע עיצוב גמיש.FLT:2AI יכול לנתח נתונים אקלים עצום של אקלים עצום ולמידה מכונה מאפשר לזהות דפוסים עדינים ולשפר תחזיות קיצוניות של אלגוריתמים למידה אופטימיזציה עבור תרחישים עתידיים מרובים בו-זמנית, זיהוי פתרונות כי הם ללא ספק על פני תאים עתידיים.
(FLT:0) אינטגרציה עם Renewable EnergyFearsLT:1; Powering פחמן לוכד מתקנים עם השמש, הרוח, או אנרגיה מתחדשת אחרים להשיג באמת פחמן-ניטרלי או פחמן-שלילי פעולות.מערכות לכידת גמישות יכולות לשנות את הפעולה כדי להתאים את זמינות האנרגיה המתחדשת, הפעלה במלואה כאשר עודף אנרגיה מתחדשת זמין ומדורגת לאחור במהלך תקופות של מחסור זה הופך CCS מרשת בעלת ערך עבור אנרגיה מתחדשת.
(FLT:0) לכידת פחמן מודולרי ומודולולרי 1 לכידת: במקום רק מתקני לכידת גדולים, מרכזי, FLT:2 יחידות מודולריות בקנה מידה קטן מאפשרות ירידה במקורות מבוזריםFLT 3; יחידות לכידת בגודל של מיכל ניתן לפרוס במפעלים, מבשלות, מתקני פסולת עירוניים, מקורות פליטה קטנים יותר.
(FLT:0Circular Carbon EconomyFLT:1): יצירת מערכות סגורות שבו פחמן נלכד ברציפות, מנוצל, ו recaptured מייצג מטרה האולטימטיבית, במקום לצפות בפחמן כפסולת כדי להיות משוחרר, מערכות מעגליות מתייחסות אליו כמשאב לניהול פחמן מתהליכים תעשייתיים הופך למזיקים לדלקים או כימיקלים, אשר הם בשימוש, אשר הוא החל ממחזור הדם של 3F2, כדי לשנות את מערכת ההפעלה מחדש.
(FLT:0) ערים חכמות חכמות חיוניות לפקח על פרמטרים רבים - זמן, לחות, איכות אוויר, מתח תשתיות - מתן מודעות למצבים דינמיים לאקלים. רשתות חיישן משולב לפקח על פרמטרים מרובים - זמן, לחות, משקעים, איכות אוויר, מתח תשתיות - מתן מודעות בזמן אמת-זמן אמתית למצבים מונעים על ידי AI להפעיל באופן אוטומטי אמצעי הגנה, הקצאת משאבים, ותגובה חירום.
חומרים מתקדמים ו- Biomimicryph:1 [:] חומרים מתעוררים בהשראת הטבע מציעים ביצועים משופרים עם השפעה סביבתית נמוכה יותר.-עצמית שממחשת תהליכים ריפוי ביולוגיים, חומרים מגיבים שמתאימים לתנאים סביבתיים, וחומרים המבוססים על ביולוגית שתופסים פחמן תוך מתן ביצועים מבניים כל האפשרויות עתידיות נעות במהירות לעבר מציאות מסחרית.
(FLT:0) עידוד מזג אוויר ו- Ocean-based SolutionsFLT (:1: גישות בקנה מידה גדול להסרת פחמן כוללות מזג אוויר משופר (המינרלים המרוסקים באופן טבעי סופגים CO2 על פני אדמה חקלאית או לאוקיינוסים) ולכידת המבוססת על האוקיינוס (באמצעות כימיה מים טבעיים או האצה לטיפוח כדי ללכוד ולאחסן פחמן).
מדיניות ומכניזם כלכלי נהיגה
טכנולוגיה לבדה אינה יכולה להשיג סקאלה הכרחית – מדיניות תומכת ותמריצים כלכליים הם קריטיים באותה מידה:
(FLT:0) מחירי הקרבון ואשראיsFLT:1: מס פחמן או מערכות cap-and-trade ליצור תמריצים כלכליים להפחתת פליטה, שיפור הכלכלה של לכידת פחמן. זיכויים כמו ארה"ב 45Q, המספק תשלומים משמעותיים ל- CO2 שנתפס ומאוחסן, ישירות מסבסד את פריסת CCS.
(FLT:0) מנדטים של רישום (Regulations) 1: תקני ביצועים של רשות הדורשים תעשיות ספציפיות ללכוד פליטות או להשיג נחיתות פליטה מתחת לסף מסוים כונן פריסה ללא קשר למחירי פחמן.
(FLT:0) השקעות ציבוריות והשתתפות סיכונים (FLT:1): מימון ממשלתי למחקר, פיתוח וקרנות הדגמה מאיץ את ההבשלה הטכנולוגית.השקעה ציבורית בתשתיות משותפות כמו רשתות צינורות CO2 מקטין את החסמים לפרויקטים בודדים.
(FLT:0) ירוק מימון ואקלים-קשר מכשירים 1: אג"ח ירוק, הלוואות קיימות מקושרות, וכלים פיננסיים אחרים יותר ויותר ישיר הון פתרונות אקלים.משקיעים מוסדיים העומדים בפני לחץ על מנת לפסול תיקוני פחמן מחפשים הזדמנויות בלכידת פחמן ותשתיות יעילות.
הדרך קדימה: אסטרטגיות יישום
פריסה מוצלחת של לכידת פחמן והנדסה עמידת אקלים בקנה מידה הכרחי דורשת פעולה מתואמת בין ממדים מרובים:
(FLT:0Technology Development and Cost ReductionFIRLT:1) המשך R& השקעה D חייבת לנהוג בעלויות, לשפר את היעילות, לפתח גישות הדור הבא.למידה באמצעות פריסות מסחריות מאיצה שיפור והפחתה בעלויות באמצעות כלכלות של סקאלה וחוויה מבצעית.
(FLT:0) Infrastructureal DevelopmentFLT:1: בניית תשתיות חיוניות לתמיכה - צינורות CO2, אתרי אחסון, מתקני לכידת משותפים, שרשראות אספקה של חומרי בנייה גמישים - תכנון והשקעה מתואמת בין בעלי עניין רבים.
(FLT:0) Workforce DevelopmentofLT:1: מהנדסי הדרכה, טכנאים, עובדי בנייה ומפעילים במערכות לכידת פחמן ושיטות עיצוב יעילות להבטיח כוח עבודה מיומן מספיק.
(FLT:0)Policy CoherenceFLT:1: מדיניות אלינג על פני הפחתה של האקלים, הסתגלות, פיתוח כלכלי, הון חברתי מבטיח חיזוק הדדית ולא גישות סותרות.שיתוף פעולה בינלאומי מאפשר מעבר ל- CO2 תחבורה, שיתוף טכנולוגיה, פעולה ופעולה אקלים מתואמת.
(FLT:0) בעלי העניין מעורבים FLT:1: מעורבות משמעותית של קהילות, עובדים, עמים ילידים ובעלי עניין אחרים בתכנון וביצוע בונה רישיון חברתי, מבטיחה תוצאות שוות ערך, ומשלב ידע ונקודות מבט מגוונות.
(FLT:0) ,Monitoring ו-VerificationFLT:1: למערכות Robust למדידה, דיווח, ואימות ביצועי לכידת פחמן וחוסנות תשתיות להבטיח אחריות ומאפשר שיפור מתמשך של נתונים טרנסנדנדים בונה אמון ציבורי ומאפשר הערכה של אם פתרונות פרוסים מספקים הטבות שהובטחו.
מסקנה
לכידת פחמן והנדסה עמידת אקלים מייצגים שני עמודי יסוד חיוניים של התגובה של האנושות לשינוי האקלים - גירוש והסתגלות עבודה בקונצרט.FLT:0) טכנולוגיות ללכוד ישירות מול פליטת גזי החממה למקור שלהם FLT:1, הסרת CO2 לפני שהוא נכנס לאטמוספירה או לחלץ אותה לאחר מכן, בעוד FLT:2resilient Engineering מכין את התשתיות, הערים שלנו, ו-Aves כדי לשגשג כבר בהשפעות היסטוריות.
יחד, גישות אלה מציבות את היסודות לעתיד שבו ההתקדמות התעשייתית והשמירה על הסביבה היא לא קונפליקט.במקום לבחור בין התפתחות כלכלית ליציבות האקלים, טכנולוגיות אלה מאפשרות במקביל – תוך שמירה על השגשוג המתמשך תוך הגנה על המערכות הפלנטריות שבהן כל החיים תלויים.
שילוב החדשנות, מסגרות מדיניות תומך, מימון הולם ושיתוף פעולה גלובלי הוא סלילת הדרך אל אפס נטו, עולם עמיד באקלים.הצלחה דורש פעולה דחופה בקנה מידה חסר תקדים, אבל הטכנולוגיות, הידע וההבנה הדרושים להצלחה כבר קיימים.מה נשאר זימן הרצון הפוליטי, גיוס משאבים מספיקים, ושמירה על מחויבות מתמשכת לאורך עשרות שנים ליישם פתרונות אלה באופן מלא.
(FLT:0) לכידת קרטבון והנדסה עמידת האקלים הם יותר מאשר פתרונות טכנולוגיים - הם מייצגים שינוי יסודי FLT:1 כיצד האנושות מתייחסת לכוכב הלכת ותוכניות לעתיד.הם מגלמים הכרה כי עלינו לטפל בשני הגורמים לשינוי האקלים ולהתאים להשפעותיו, כי חדשנות טכנולוגית חייבת לשרת קיימות סביבתית, וכי התשתית שאנו בונים היום יקבעה האם הדורות הבאים יורשו עולם אפשרי.
הדרך קדימה ברורה, הכלים זמינים, והדחיפות אינה ניתנת להכחשה.אם אנו פורסים פתרונות אלה בקנה מידה מספיק כדי למנוע השפעות של אקלים קטסטרופליות תלויה בבחירה שנעשתה היום ובבשנים הקרובות.התוכנית הכחולה לבניית כוכב לכת בר-קיימא, גמיש המסוגל לעמוד באתגרים של המחר – עלינו להתחייב לבנייתו.
משאבים נוספים
עבור הקוראים המבקשים הבנה עמוקה יותר של טכנולוגיות ללכוד פחמן וביצוע, ה- CCS InstituteveFLT:1 מספק דוחות מקיפים, מסדי נתונים לפרויקט וניתוח מדיניות. דוחות הסטטוס השנתי שלהם עוקבים אחר פריסת CCS ברחבי העולם ומציעים תובנות למגמות טכנולוגיות וכלכליות.
הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים (IPCC) , 1 מפרסם דוחות הערכה סמכותית מסננים את הידע המדעי על שינויי האקלים, כולל ניתוח מפורט של טכנולוגיות מידבקות כמו אסטרטגיות לכידת פחמן והתאמה כולל תשתיות יעילות.דיווחים מיוחדים שלהם מספקים סיכומים נגישים עבור קובעי מדיניות קהל כללי לצד הערכות טכניות מקיפים.