Τρόποι δέσμευσης CO₂ από την ατμόσφαιρα
Η κλιματική αλλαγή, που εκδηλώνεται με ακραία καιρικά φαινόμενα, για τα οποία έγινε λόγος σε άλλα άρθρα στο envinow (1, 2) , οφείλεται σε μεγάλο ποσοστό στην ανθρώπινη δραστηριότητα και στη συνεπαγόμενη αύξηση της συγκέντρωσης των αερίων του Θερμοκηπίου (κυρίως CO₂ ) στην ατμόσφαιρα. Μάλιστα τους μήνες Απρίλιο, Μάιο και Ιούνιο παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά στην μετεωρολογική ιστορία συγκεντρώσεις CO₂ στην ατμόσφαιρα άνω των 410 ppm, σύμφωνα με τις μετρήσεις του Παρατηρητηρίου Μαούνα Λόα στη Χαβάη, που θεωρείται σημείο αναφοράς σε παγκόσμιο επίπεδο (https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/weekly.html) .
Προκειμένου να αναχαιτιστεί η κλιματική αλλαγή και η υπερθέρμανση του πλανήτη πέρα από προσπάθειες που στοχεύουν στην μείωση της έκλυσης CO₂, έχουν αναπτυχθεί και τεχνολογίες, με τις οποίες μπορεί να μειωθεί το υπάρχον στην ατμόσφαιρα CO₂, δηλαδή τεχνολογίες με αρνητικές εκπομπές CO₂ . Τέτοιες τεχνολογίες είναι:
Η βιοενέργεια σε συνδυασμό με την δέσμευση και αποθήκευση του CO₂ (BECCS)
Η αναδάσωση
Η επιταχυνόμενη αποσάθρωση πετρωμάτων που απορροφούν CO₂
Η άμεση δέσμευση CO₂ από τον ατμοσφαιρικό αέρα
Βιοενέργεια σε συνδυασμό με την δέσμευση και αποθήκευση του CO₂ (BECCS)
Η βιοενέργεια αποτελεί ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που προέρχεται από την ενεργειακή αξιοποίηση οργανικών υλών βιολογικής προέλευσης, που ονομάζονται γενικά βιομάζα. Η βιομάζα κατά την ανάπτυξή της δεσμεύει άνθρακα, μέσω της φωτοσύνθεσης, ενώ κατά τη διάρκεια των βιομηχανικών διεργασιών,κατά τις οποίες η βιομάζα καίγεται ή υποβάλλεται σε επεξεργασία, επανεκδίδει το CO₂ στην ατμόσφαιρα. Συνεπώς, η διαδικασία οδηγεί σε καθαρή μηδενική εκπομπή CO₂.
Η γεωλογική αποθήκευση CO₂ αποτελεί λύση ενάντια στην κλιματική αλλαγή, αφού το CO₂ παγιδεύεται για περισσότερα από 1000 χρόνια στο υπέδαφος και μπορεί να συνδυαστεί με εγκαταστάσεις από τις οποίες απελευθερώνονται μεγάλες ποσότητες CO₂ . Επιπρόσθετα η διαδικασία αποθήκευσης του CO₂ έχει μικρές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, χαμηλό κόστος και να συμμορφώνεται με τους διεθνείς κανονισμούς και τις νομοθεσίες. Οι κύριες επιλογές για την αποθήκευση υπογείως του CO₂ είναι σε εξαντλημένα/εγκαταλειμμένα κοιτάσματα πετρελαίου ή φυσικού αερίου, σε βαθείς υφάλμυρους υδροφορείς, σε κοιτάσματα άνθρακα χωρίς εμπορική αξία και άλλα.
Συνδυαζόμενες οι δυο παραπάνω τεχνολογίες έχουν αρνητικές εκπομπές CO₂ στην ατμόσφαιρα. Το βιώσιμο τεχνικό δυναμικό για καθαρές αρνητικές εκπομπές με τα συστήματα BECCS εκτιμάται σε 10 Gt ισοδύναμου CO₂ ετησίως, με οικονομικό δυναμικό έως 3,5 Gt ισοδύναμου CO₂ ετησίως με κόστος μικρότερο από 50 ευρώ/τόνο και έως 3,9 Gt ισοδύναμου CO₂ ετησίως με κόστος μικρότερο από 100 ευρώ/τόνο.
Αναδάσωση
Με την αναδάσωση περιοχών γίνεται εκμετάλλευση της φωτοσύνθεσης, της ιδιότητας των φυτών να δεσμεύουν CO₂ προκειμένου να παράξουν τα απαραίτητα για τη θρέψη τους συστατικά. Με την αναδάσωση λοιπόν επιδιώκεται η επέκταση των δασικών περιοχών και η αύξηση της φωτοσύνθεσης.
Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης είναι αργή, οπότε και η απορρόφηση CO₂ θα είναι μειωμένη σε σχέση με τις υπόλοιπες μεθόδους , ενώ απαιτούνται και μεγάλες εκτάσεις γης για επεξεργασία.
Παρόλα αυτά υπάρχει εξέλιξη στο συγκεκριμένο τομέα, καθώς οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει ότι η καθυστέρηση οφείλεται στο ένζυμο RuBisCO που καταλύει την αντίδραση της φωτοσύνθεσης και δρα πολύ αργά, ενώ κάποιες φορές μπερδεύει το CO₂ με το Ο₂ επιβραδύνοντας κι άλλο τη διαδικασία. Επιπλέον έχει αποδειχθεί, μετά από μελέτες,ότι τα ένζυμα της ομάδας ECRs καταλύουν την αντίδραση της φωτοσύνθεσης 20 φορές ταχύτερα και πλέον απομένει να βρεθεί ο τρόπος εισαγωγής τους στα φυτά.
Επιταχυνόμενη Αποσάθρωση
Η τεχνολογία αυτή βασίζεται στη διεργασία της υδρόλυσης κατά τη χημική αποσάθρωση των πυριτικών ορυκτών. Πρόκειται ουσιαστικά για ορυκτοποίηση του CO₂, αφού αντιδρά με τα πυριτικά ορυκτά, σχηματίζοντας ανθρακικά ορυκτά, σύμφωνα με την αντίδραση: MSiO₃ + CO₂ <―> MCO₃ + SiO₂ , όπου Μ: δισθενές κατιόν, συνήθως Ca ή Mg.
Με τη χημική αποσάθρωση δεσμεύεται περίπου 1,1 Gt ισοδύναμου CO₂ ετησίως. Η ποσότητα δεσμευόμενου CO₂ είναι πολλαπλάσια μέσω της επιταχυνόμενης αποσάθρωσης. Η αύξηση του ρυθμού της χημικής αποσάθρωσης επιτυγχάνεται με θρυμματισμό των πετρωμάτων και τοποθέτηση των θρυμμάτων στην επιφάνεια του εδάφους, ώστε να αυξηθεί η επιφάνεια της δέσμευσης CO₂.
Άμεση δέσμευση CO₂ από τον ατμοσφαιρικό αέρα
Η δέσμευση CO₂ άμεσα από την ατμόσφαιρα γίνεται με ειδικά διαμορφωμένα κιβώτια που περιέχουν 6 συλλέκτες CO₂ το καθένα.
Η διαδικασία που ακολουθείται στους συλλέκτες CO₂ είναι:
Εισάγεται ατμοσφαιρικός αέρας στο συλλέκτη
Δεσμεύεται χημικά το CO₂ σε φίλτρα. Μόλις κορεστούν πλήρως τα φίλτρα θερμαίνονται στους 100 °C. Το CO₂ απομακρύνεται από το φίλτρα και συλλέγεται σε συμπυκνωμένη αέρια μορφή.
Ο καθαρός αέρας απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα
Η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται και στην πρώτη παγκοσμίως εμπορική εγκατάσταση δέσμευσης CO₂ που άρχισε να λειτουργεί το Μάιο 2017 στη Ζυρίχη. Στην εγκατάσταση αυτή λειτουργούν 3 σειρές των 6 συλλεκτών, με στόχο τη συλλογή CO₂ και την πώλησή του σε θερμοκήπιο της περιοχής για την αύξηση έως και 20% της παραγωγής του. Συνολικά παράγονται 900 τόνοι CO₂ ετησίως. Παρόμοιες μονάδες μπορούν να αξιοποιηθούν από εταιρείες ανθρακούχων ποτών ή για την παραγωγή συνθετικών καυσίμων, αφού πρώτα προσδιοριστεί με ακρίβεια το λειτουργικό κόστος της τεχνολογίας.
Στο άρθρο αυτό αναφέρονται ορισμένοι τρόποι δέσμευσης CO₂ από την ατμόσφαιρα διαφορετικής δυναμικότητας, λειτουργίας και πολυπλοκότητας. Όπως φαίνεται και στην παραπάνω εικόνα υπάρχουν και άλλες μέθοδοι ικανές να συμβάλουν στη μείωση του ατμοσφαιρικού CO₂ και να αναστείλουν τις επιδράσεις του. Στόχος θα πρέπει να είναι ο σωστός συνδυασμός των μεθόδων στα πλαίσια κάθε χώρας (οικονομικά, ενεργειακά, γεωγραφικά) ώστε να μειωθεί το πρόβλημα της υπερθέρμανσης του πλανήτη και να βελτιωθεί η ποιότητα ζωής.