1

دانشمندان روشی مقرون‌به‌صرفه برای حذف دائمی دی‌اکسید کربن از جو توسعه داده‌اند. این روش شامل تبدیل مواد معدنی رایج به موادی بسیار واکنش‌پذیر است که به‌طور خودکار CO2 را جذب و ذخیره می‌کنند.

این پیشرفت می‌تواند نقشی حیاتی در کاهش گرمایش جهانی ایفا کند، زیرا یکی از عوامل اصلی آن را هدف قرار می‌دهد.

حذف سریع کربن با شیمی جدید

در طبیعت، مواد معدنی سیلیکاتی طی فرآیندی آهسته به نام هوازدگی، با CO2 واکنش داده و کربنات‌های پایدار تشکیل می‌دهند. این فرآیند صدها یا هزاران سال طول می‌کشد. مدت‌هاست که پژوهشگران به دنبال روش‌هایی برای تسریع این فرآیند هستند، که به آن «هوازدگی تقویت‌شده» گفته می‌شود.

متیو کانان، استاد شیمی در دانشگاه استنفورد و نویسنده ارشد این مطالعه، درباره انگیزه این تحقیق می‌گوید:
«زمین دارای ذخایر بی‌پایانی از مواد معدنی است که می‌توانند CO2 را از جو حذف کنند، اما این مواد به‌اندازه کافی سریع واکنش نمی‌دهند تا اثر گازهای گلخانه‌ای انسان را جبران کنند. کار ما این مشکل را به روشی که معتقدیم مقیاس‌پذیر است، حل می‌کند.»

یوشوان چن، محقق پسادکتری در استنفورد، و تیم او موفق شدند فرآیند جذب کربن توسط سیلیکات‌ها را سرعت ببخشند. چن توضیح می‌دهد:
«ما یک واکنش تبادل یونی ساده را برای فعال‌سازی مواد معدنی غیرفعال سیلیکاتی طراحی کردیم. انتظار نداشتیم که این روش به این خوبی جواب دهد.»

با سرعت‌بخشیدن به واکنش‌های معدنی که در حالت عادی قرن‌ها طول می‌کشند، این روش می‌تواند حجم قابل‌توجهی از دی‌اکسید کربن را در مدت‌زمانی بسیار کوتاه‌تر جذب کند.

تبدیل کارآمدتر مواد معدنی

روش‌های موجود برای حذف کربن، مانند جذب مستقیم از هوا، معمولاً نیاز به تجهیزات پرمصرف مانند فن‌های بزرگ، مواد شیمیایی و روش‌های پیچیده دارند که هزینه‌بر و دشوار برای مقیاس‌پذیری هستند. در مقابل، دانشمندان استنفورد بر کاهش مصرف انرژی در روش خود تأکید دارند.

کانان می‌گوید:
«فرآیند ما به کمتر از نصف انرژی موردنیاز فناوری‌های پیشرو در جذب مستقیم کربن از هوا نیاز دارد و از نظر هزینه نیز می‌تواند بسیار رقابتی باشد.»

در آزمایش‌هایشان، این تیم سنگ آهک (کربنات کلسیم) را در یک کوره حرارت دادند تا اکسید کلسیم تولید شود. سپس این ماده را با مواد معدنی سیلیکاتی حاوی منیزیم ترکیب کردند.

وقتی این دو ماده با هم گرم شدند، تبادل یونی رخ داد و اکسید منیزیم و سیلیکات کلسیم تولید شد – هر دو ماده‌ای که به‌راحتی کربن را از هوا جذب می‌کنند.

کانان توضیح می‌دهد:
«این فرآیند مانند یک تقویت‌کننده عمل می‌کند. شما یک ماده معدنی واکنش‌پذیر (اکسید کلسیم) را با یک سیلیکات منیزیم که تقریباً غیرفعال است ترکیب می‌کنید و در نهایت دو ماده معدنی بسیار واکنش‌پذیر به دست می‌آورید.»

جذب کربن با شیمی ساده

کارخانه‌های سیمان قرن‌هاست که از کوره‌ها برای پردازش سنگ آهک در دمای بالا جهت تولید بتن استفاده می‌کنند. روش استنفورد این فرآیند را تطبیق داده و بخشی از ترکیب سیمانی را با سیلیکات‌های منیزیم جایگزین می‌کند.

هنگامی که این مواد معدنی جدید در معرض آب و دی‌اکسید کربن – حتی در غلظت‌های کم موجود در هوای محیط – قرار می‌گیرند، به‌طور خودبه‌خود CO2 را به کربنات‌های پایدار تبدیل می‌کنند.

آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان دادند که نمونه‌های مرطوب اکسید منیزیم و سیلیکات کلسیم می‌توانند ظرف چند هفته تا چند ماه کربن را جذب کنند – سرعتی بسیار بالاتر از هوازدگی طبیعی.

کانان می‌گوید:
«می‌توان تصور کرد که اکسید منیزیم و سیلیکات کلسیم را در سطح وسیعی از زمین پخش کرد تا CO2 را از هوا جذب کند. یکی از کاربردهای هیجان‌انگیز که در حال آزمایش آن هستیم، افزودن این مواد به خاک‌های کشاورزی است. با هوازدگی، این مواد به بی‌کربنات تبدیل می‌شوند که می‌تواند در خاک حرکت کرده و در نهایت به‌طور دائم در اقیانوس ذخیره شود.»

مزایای بالقوه برای کشاورزان

در حال حاضر، کشاورزان از کربنات کلسیم (آهک) برای افزایش pH خاک‌های اسیدی استفاده می‌کنند. در اصل، آن‌ها می‌توانند از این مواد معدنی جدید و واکنش‌پذیر به‌جای آهک معمولی استفاده کنند.

کانان توضیح می‌دهد:
«افزودن این محصول، نیاز به آهک را از بین می‌برد، زیرا هر دو ترکیب معدنی آن قلیایی هستند. علاوه بر این، هنگامی که سیلیکات کلسیم هوازده می‌شود، سیلیکون را در قالبی آزاد می‌کند که گیاهان می‌توانند جذب کنند، که این امر می‌تواند موجب افزایش بازده محصولات و مقاومت آن‌ها شود. در حالت ایده‌آل، کشاورزان برای این مواد هزینه خواهند کرد، زیرا برای بهره‌وری مزرعه و سلامت خاک مفید هستند – و در کنار آن، حذف کربن نیز انجام می‌شود.»

گسترش مقیاس برای تأثیر جهانی

به گفته تیم کانان، برای تأثیرگذاری واقعی، تولید این مواد معدنی باید به میلیون‌ها تن در سال برسد.

چن می‌گوید:
«سالانه بیش از ۴۰۰ میلیون تن باطله معدنی حاوی سیلیکات‌های مناسب در سراسر جهان تولید می‌شود، که می‌تواند منبعی بزرگ برای مواد اولیه باشد. همچنین، تخمین زده می‌شود که ذخایر الیوین و سرپانتین روی زمین بیش از ۱۰۰,۰۰۰ گیگاتن باشد – مقدار کافی برای حذف دائمی CO2 به مراتب بیشتر از آنچه انسان تاکنون منتشر کرده است.»

راه‌حل طبیعت برای کربن

با در نظر گرفتن انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از گرم کردن کوره‌ها با گاز طبیعی یا سوخت‌های زیستی، محققان تخمین می‌زنند که هر تن از ماده نهایی آن‌ها می‌تواند یک تن CO2 را از جو حذف کند.

برای مقایسه، انتشار دی‌اکسید کربن ناشی از سوخت‌های فسیلی در سال ۲۰۲۴ از ۳۷ میلیارد تن فراتر رفت، که نیاز فوری به راه‌حل‌های مقیاس‌پذیر را نشان می‌دهد.

کانان می‌گوید:
«ما قبلاً یاد گرفته‌ایم که چگونه میلیاردها تن سیمان در سال تولید کنیم و کوره‌های سیمان برای دهه‌ها کار می‌کنند. اگر از این دانش و طراحی‌ها استفاده کنیم، مسیر روشنی برای تبدیل این کشف آزمایشگاهی به یک راهکار حذف کربن در مقیاس بزرگ وجود دارد.»

همچنین، همکاری‌هایی در حال انجام است تا کوره‌های برقی توسعه یابند، که می‌تواند ردپای کربنی این فرآیند را به میزان قابل‌توجهی کاهش داده یا حذف کند.

با ترکیب روش‌های صنعتی تثبیت‌شده با یک واکنش شیمیایی نوآورانه، این فناوری می‌تواند راهکاری امیدوارکننده و مقرون‌به‌صرفه برای حذف میلیاردها تن CO2 از جو ارائه دهد – و به کاهش اثرات فزاینده تغییرات اقلیمی کمک کند.