در مورد راه های حذف دی اکسید کربن از هوا چه می دانید؟ روش های جدید در این مورد چیست و دانشمندان به چه نتایجی تازه ای دست یافته اند؟ به جواب های غیر سایت ترتیب اثر داده نخواهد شد. به برنده کارت امتیاز 200 تایی اهدا خواهد شد.
علیرضا سلطانی میرچی
در این مقاله روش جدید کاهش یا حذف دی اکسید کربن و دیگر آلاینده های نیروگاههای حرارتی از طریق تزریق دود خروجی از دودکش به چاه و داشتن احتراق مناسب ارائه می شود. پارامترهای اساسی در این روش عبارتند از :
1- جداسازی اکسیژن از هوا
2- سیستم مخلوط کردن اکسیژن و سوخت گازی در مولد بخار
3- سیستم کنترل دمای احتراق با تزریق آب
4- سیستم جداسازی دی اکسید کربن در کندانسور
5- سیستم تزریق دی اکسید کربن به چاه
برای یک نیروگاه حرارتی متداول (50 - 100 MW) هزینه اضافی انرژی جهت تزریق آلاینده ها به چاه 20-28% می باشد. در سیستم انرژی پاک (CES) که نیتروژن و گازهای دیگر قبل از احتراق از هوا جدا می شوند میزان افزایش هزینه انرژی جهت جداسازی آلاینده های احتراق 3.4% است. سیستم انرژی پاک بر اساس احتراق سوخت هیدروکربن با اکسیژن در کوره می باشد. در این مطالعه هیدروکربن مورد نظر گاز طبیعی (متان) می باشد که می تواند شامل سوخت زغالی گاز شده نیز باشد. سیال عامل حاوی 90% بخار و 10% دی اکسید کربن در شرایط احتراق استویکومتریک می باشد.
محصولات احتراق متان و اکسیژن H2O , CO2 پس از عبور از توربین به کندانسور هدایت می شوند. در کندانسور CO2 به سادگی از آن جدا شده و بخار آب تقطیر می گردد. CO2 تقریبا" خالص به چاه تزریق شده و آب تقطیر شده به سیکل برگشت داده می شود. شاخصه سیستم انرژی پاک افزایش هزینه فقط بمیزان 3.4% جهت جداسازی CO2 و فشردن آن (تا 20.7 MPa ) و تزریق به چاه می باشد. در یک نیروگاه معمولی امکان جداسازی CO2 و NOx وجودداردولی هزینه اضافی آن قابل رقابت با سیستم CES نمیباشد.
سرمایه اولیه و جاری نیروگاه حرارتی CES کمتر از نیروگاههای سیکل ترکیبی بوده و راندمان حرارتی آن نیز بالاتر است. از طرف دیگر جداسازی اکسیژن از هوا نیاز به تجهیزات خاص خود را دارد که این موجب افزایش تولید انرژی می گردد. ترکیب متان و اکسیژن در شرایط استویکومتریک در فشار 2.07 MPa موجب افزایش محصولات احتراق و همچنین افزایش دمای احتراق تا 3187 درجه سانتی گراد میشود. با توجه به بالارفتن دمای بالای سیکل کارنو این مسئله موجب افزایش راندمان سیکل میگردد. پیش بینی میشود راندمان سیکل حرارتی براساس انرژی پاک (CES) با عملکردتوربین دردمای 1760 درجه سانتیگراد و فشار 22.1 Mpa تا 67% برسد. توربینی که بتواند در این دما کارکند تا 10 سال آینده عرضه خواهد شد.
شکل (1) شماتیک سیکل CES و شکل (2) شماتیک واحد مولد بخار را نشان می دهند.
به چاه CO2 با تزریق CES شکل 1 : شماتیک نیروگاه انرژی پاک
شکل (2) : واحد مولد بخار در سیستم CES
محصولات احتراق ( 90% بخار و 10% CO2 ) به توربین فشار قوی ارسال می شوند پس از عبور از توربین به ری هیتر رفته تا دمای آن جهت داشتن راندمان بالا افزایش یابد سپس از توربین های فشار متوسط و پایین عبور داده شده و به کندانسور هدایت می شود. قسمتی از آب تقطیر شده در کندانسور به سیکل (مولد بخار) برگشت داده می شود. CO2 موجود در کندانسور توسط کمپرسور و پس از عبور از یک مبدل حرارتی (جهت جذب رطوبت موجود) به چاه تزریق می گردد.
جداسازی CO2 درهرنوع نیروگاه حرارتی مستلزم هزینه میباشد.جدول(1) میزان هزینه مورد نیاز در نیروگاه های مختلف را نشان میدهد. واضح است جداسازی CO2 در نیروگاههای متداول مقرون به صرفه نیست.
جدول (1) : میزان انرژی لازم جهت جداسازی CO2 در نیروگاههای مختلف
Energy Penalty, % Output
Power
Plant Type, 100 MW Size
3.4
20
28
41 to 45
CES Cycle
Combined Cycle
Gas Turbine Cycle
Conventional Steam
Cycle
جدول (2) مقایسه هزینه های تولید انرژی الکتریکی و پارامترهای دیگر نیروگاههای سیکل ترکیبی و سیستم CES را نشان می دهد.
جدول (2) : مقایسه هزینه های سیکل ترکیبی و سیستم CES
Plant Operating Factors
CES Cycle
Combined Cycle
Capacity (MW)
Thermal Efficiency (%)
Capital Installation Cost, ($/kW)
Natural Gas Cost ($/kg)
Oxygen Cost, ($/kg fuel)
CO2 Sequestering Power (% of Output Power)
Emissions of CO2 (kg/MWhr) with sequestering
Emissions of NOx (kg/MWhr) with sequestering
100---------400
63---------- 67
460-- ------290
---- 0.139 ----
0.088---- 0.070
3.4-------- 3.2
------ 0.00--- ---
------ 0.00 ------
100-------- 400
50--------- 60
740 --------60
----- 0.139----
------ 0.00--- ---
20.3------- 17.0
60--------- 50
0.014 to 0.055
Unit costs
Capital Cost ($/kWhr)
Fuel Cost ($/kWhr)
Maintenance Cost ($/kWhr)
Total Cost Without CO2Sequestering ($/kWhr)
Total Cost With CO2 Sequestering ($/kWhr)
0.008----- 0.005
0.027----- 0.023
0.004----- 0.002
0.039----- 0.030
0.040----- 0.031
0.013----- 0.008
0.020----- 0.017
0.005----- 0.003
0.038----- 0.028
0.048----- 0.034
هزینه تولید الکتریسیته درسیکل CES به ازاء هر KWh ،3 سنت بدون جداسازی CO2 و1/3 سنت با جداسازی CO2 است در صورتیکه این هزینه برای سیکل ترکیبی بترتیب 8/2 سنت و 4/3 سنت است.
علیرضا سلطانی میرچی
دانشمندان ابزاری برای جداکردن گاز دی اکسید کربن از هوا خلق کرده اند.
به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از نیو اطلس، در این فناوری از مایعی برای تبدیل گاز دی اکسید کربن به کریستال استفاده می شود.
دانشمندان آزمایشگاه Oak Ridge National Laboratory در وزارت انرژی آمریکا در روش های پاک کردن آلودگی های زیست محیطی مانند سولفور، کرومات و فسفات از آب به این کشف دست یافتند. آنها برای پاک کردن این آلودگی ها ترکیبی را به نام گوانیدین سنتز کردند. این ماده آلاینده ها را به هم متصل می کند و یک کریستال غیر حلال می سازد که می توان آن را از آب پاک کرد.
همچنین آنها متوجه شدند هنگامیکه یک محلول آبی از گوانیدین در هوای آزاد رها می شود، گاز دی اکسیدکربن را از هوا جذب کرده و آن را به کریستال های کربنات منشور مانند تبدیل می کند.
در بیشتر سناریوهای جذب کربن باید آن را به گاز تبدیل کرد و به مخازن ذخیره زیر زمینی ارسال کرد.
امیر محمد قادری وصال
بشر امروز میان خیر و شر حوزه انرژی گیر افتاده است. سؤال بزرگ این است که آیا باید بشر خود را از این مخمصه رها کند یا خیر؟ اگر ما می خواهیم هوا و اقلیم خود را به زمانی برگردانیم که تمدن بشری در آن شکوفا شد و حیات بر روی زمین رونق گرفت، باید دی اکسید کربن موجود در جو از حالت فعلی 385 پی پی ام (ppm) (*) به حدود 350 پی پی ام کاهش یابد. برای این که بتوانیم به این هدف برسیم باید تا سال 2030 هر جای زمین که ذغال سنگ سوزانده می شود را تعطیل کنیم.
چگونگی رها شدن از مخصمه چالش انرژی، سؤال بزرگ قرن 21 قلمداد می شود و خیلی ها گمان می کنند پاسخ دادن به آن بسیاری از نیازهای بشر را نیز پاسخ خواهد گفت. و سرنوشت سیاره ای که در آن زندگی می کنیم، یعنی همان وطن بزرگ ما، زمین را مشخص خواهد کرد.
در روزگار حاضر انرژی یک بخش جدا افتاده از اقتصاد نیست، بلکه همه اقتصاد بشر است. «جان مینارد کینز» اقتصاددان بزرگ اعتقاد داشت، از زمانی که تاریخ برای بشر شناخته شد، استانداردهای زندگی نیز وضعیت دیگری پیدا کرد و در قرن 18 میلادی که بشر نحوه استفاده از ذغال سنگ برای احتراق موتور را فراگرفت، این استانداردها مضاعف شد و پی برد که چگونه از نبوغ و مهارت های خود برای پیشبرد استانداردهای زندگی استفاده و از انرژی با قیمت مناسب استفاده کند.
استانداردهای زندگی در جهان غرب که از انرژی استفاده فراوانی می کرد، به دلیل ظهور جهان صنعتی و دنیای توسعه یافته ناگهان و به صورت خیره کننده ای رشد کرد. در این عصر دیگر بشر از روش های ساده تبدیل نور آفتاب به انرژی استفاده نمی کرد و صرفاً به طبیعت متکی نبود. غذاهایی که از طبیعت به دست می آورد و حیواناتی که کارهایش را انجام می دادند دیگر کارایی کافی نداشت و کم کم کنار گذاشته شد و بشر یاد گرفت چگونه از ذخیره ای که پس از میلیون ها سال در اثر انباشته شدن سنگواره حیوانات در زمین ایجاد و به ذغال سنگ و نفت تبدیل شده بود، استفاده کند.
به عبارت بهتر، در این دوران بشر به میراث دار خوش شانس قرن ها ذخیره انرژی تبدیل شده بود و با دسترسی به این منبع عظیم، بدون آن که تعمق کند و به پایان پذیر بودن آن بیندیشد، به صورت گسترده از آن استفاده کرد. این استفاده گسترده و لجام گسیخته، بشر امروز و جهان توسعه یافته پیرامون او را به وجود آورد.
غالب تحولات و انقلاب های علمی که در قرن اخیر روی داد از انقلاب صنعتی، شیمیایی، الکترونیک و حتی اطلاعاتی گرفته تا همه تحولات دیگر، ناشی از انرژی جدیدی بود که مانند خونی تازه در رگ های اقتصاد جریان پیدا کرده. این تحولات، یک نام دیگر نیز داشت و آن "انقلاب بزرگ مصرفی" بود.
حدود نیم قرن پس از پایان جنگ جهانی دوم، رویای آمریکایی برای بسیاری از افراد در نقاط مختلف جهان محقق شد و افراد توانستند خانه های بزرگی را در کنار یکدیگر بسازند و آن را با انبوهی از وسائل جدید پر کنند. آنها بهترین الگوهای سوزاندن سوخت را به دست آوردند، خانه های بزرگی ساختند، وسائل و امکانات بیشتری را در آن انباشتند و خودروهای بزرگ و وسائل برقی فراوانی را به کار گرفتند.
در واقع آمریکایی ها با ابداع چنین الگویی در زندگی روش مصرف کردن انرژی را به جهان نیز منتقل کردند. آنها از طریق برنامه های تلویزیونی خود به دنیا نشان دادند که چگونه می توانند در آسایش و رفاه زندگی کنند، اما هیچ وقت فکر نکردند که شاید روزی این انرژی به پایان برسد. دورنمای زندگی بشر این بود که همه ثروتمند شوند. به عبارت بهتر، در این برنامه هر کسی باید بتواند به اندازه کافی از این انرژی سهم ببرد، اما مشخص بود که دردسرهایی نیز در این مسیر ظاهراً درخشان، بروز می کند.
نسل اول نیروگاه های متکی بر ذغال سنگ زمانی در آمریکا و انگلستان ابرهای سیاهی را بالای سر خود تولید می کردند، اما حالا در چین و بسیاری از نقاط دیگر جهان هم این کار را انجام می دهند. به عبارت بهتر، کشورهای شرقی نیز یاد گرفتند که چگونه مانند غربی ها انرژی را بسوزانند و دود سیاه ناشی از آن را به هوا بفرستند. تا اوائل دهه 90 میلادی همه چیز ظاهراً خوب پیش می رفت، هیچ کس به فکر آلودگی های ناشی از سوزاندن این همه انرژی نبود و کسی هم تمایل نداشت به چنین مسئله ای فکر کند.
شاید 20 سال پیش معدودی افراد به موضوع گرم شدن کره زمین و تبعات ناشی از آن فکر می کردند. 5 سال پیش کسی با مفهومی موسوم به «اوج مصرف نفت» آشنا نبود. اما امروزه بحث گرمایش زمین و اوج مصرف نفت دو مفهوم درهم تنیده ای هستند که بسیاری از گزینه های بشر برای استفاده از انرژی را محدود می کنند. این دو مفهوم به خوبی می توانند به ما نشان دهند که آینده بشر در چه مسیری قرار گرفته است. آینده ای که در آن بشر عملاً در استفاده از انرژی به بن بست خواهد رسید و از ترس آلوده کردن محیط زیست و جوی که در آن زندگی می کند، شاید دیگر قادر نباشد به راحتی گذشته این انرژی را بسوزاند.
آینده ای که ناگهان همه چیز درست از نقطه عکس آن چیزی که فکرش را می کردیم، شروع خواهد شد. مراجعه به فرمول ها، اعداد و ارقام ریاضی کمی می تواند این آینده را برای ما بیشتر تبیین کند. اداره اطلاعات انرژی آمریکا سال گذشته پیش بینی کرد، مصرف انرژی جهان تا سال 2030، 50 درصد افزایش خواهد یافت. این عدد ظاهراً عدد رندی است و نشان دهنده تمایل فزاینده مردم نقاط مختلف جهان برای داشتن وسایل جدید از قبیل یخچال، تلویزیون، فریزر، موتورسیکلت و دستگاه های تهویه هوا در نقاط گرمسیر خواهد بود. با این حال، این عدد به تنهایی نمی تواند چالش های مهم فراروی بشر را توضیح دهد.
درست است که تا سال 2030 مصرف انرژی بشر 50 درصد افزایش پیدا می کند، اما درست در همان زمان میزان ذخایر نفت نیز به شدت کاهش خواهد یافت. در نوامبر 2008 آژانش بین المللی انرژی برآوردهایی را ارائه کرد که براساس آنها تولید نفت خام جهان هر ساله 6/7 درصد کاهش پیدا می کند. رقمی که می تواند در گذر زمان، روندی وحشتناک تر به خود بگیرد. برای مقابله با آثار تهدید آمیز چنین کاهشی در تولید نفت، کشورهای نفت خیز در خاورمیانه باید مخازن جدیدی از نفت را کشف کنند، اما بسیاری از تحلیل گران بر این باورند که بشر دیگر قادر به تولید نفت بیشتر نیست و اوج مصرف و تولید نفت اتفاق افتاده است.
شاید برخی از افراد خوش بین گمان کنند با پیدا کردن مخازن و میدان های جدید نفتی، بتوان باز هم تولید نفت را افزایش داد، اما عملاً افزایش خیره کننده قیمت نفت در سال های گذشته و رسیدن آن به رقم 147 دلار در هر بشکه نشان داد که بالاتر از سیاهی رنگی نیست. رکود عظیم اقتصادی و کاهش یکباره قیمت نفت و رسیدن آن به ارقام بسیار پایین درستی این ادعا را نشان داد. کنترل قیمت گاز در دوران های رکود اقتصادی نیز عملاً نتوانسته راه درمانی برای حل این مشکل باشد. گزینه های بشر برای مقابله با این روند چیست؟
بعضی می گویند سوخت های فسیلی دیگری مانند گاز نیز وجود دارد، اما واقعیت این است که گاز طبیعی نیز مدت زمان کوتاهی مهمان ما خواهد بود. یکی از جایگزین های طبیعی که در این زمینه پیشنهاد می شود، ذغال سنگ است، ولی مخازن ذغال سنگ جهان نیز به شدت کاهش یافته است. علاوه بر این، ذغال سنگ به دلیل این که سوزاندن آن، انبوهی از دی اکسید کربن را در جو منتشر کند و دی اکسید کربن مهم ترین دلیل و ریشه اصلی گرم شدن کره زمین است، کثیف ترین سوخت موجود در اختیار بشر قلمداد می شود. گرمایش زمین نیز مانند بحث اوج نفت با سرعت و شتاب خیره کننده ای در حال رشد است. مثلاً در تابستان سال 2007 درصد زیادی از یخ های قطبی، آب شد. براساس برآوردهای انجام شده در پایان تابستان 22 درصد این یخ ها آب شده بود و حجم کل یخ ها نسبت به سال قبل 22 درصد کاهش یافته بود. ادامه روند آب شدن یخ ها در تابستان سال بعد باعث شد گذرگاه های شمال غربی و شمال شرقی در قطب شمال به صورت همزمان باز شوند و برای اولین بار بشر این امکان را پیدا کرد تا از گذرگاه های باز آبی به منطقه قطب شمال سفر کند.
این ذوب یخ ها 30 سال قبل از پیش بینی های ابر رایانه اتفاق افتاد و نشان داد که ما بیش از آن چه فکر می کنیم در حال گرم کردن سیاره محل سکونت خود هستیم. هیچ گونه توجیه دیگری در این زمینه وجود ندارد. آب شدن یخ های قطبی با این سرعت بالا نشان می دهد که تهدید گرمایش زمین بسیار جدی است. به عبارت بهتر، امروز دیگر به جای صفحات زیبا و دلنشین یخ که در منطقه قطب شمال وجود داشت و مانند یک آینه بزرگ 80 درصد از پرتوهای خورشیدی را مجدداً به فضا منعکس می کرد، در حال حاضر یک برکه بزرگ آب قرار دارد که 80 درصد پرتوهای خورشید را به خود جذب می کند.
این همان روش تشدید کننده گرم شدن کره زمین است، به عبارت بهتر، ما خودمان طبیعت را به روزی انداخته ایم که چنین گرمایی را جذب کند. رشد خیره کننده انتشار گازهایی مانند دی اکسید کربن و متان که یکی دیگر از گازهای گلخانه ای قلمداد می شود نیز در این گرم شدن بسیار نقش دارد. این گرم شدن تأثیرات مخربی نیز بر رشد گیاهان و محصولات کشاورزی دارند، به طوری که طولانی شدن فصل گرما در بسیاری از مناطق باعث از بین رفتن ده ها میلیون هکتار درخت در آمریکای شمال غربی شده است و آتش سوزی های گسترده ای که در این جنگل ها به وجود می آید، نتیجه مستقیم از بین رفتن همین درخت ها است که به یکباره آتش می گیرند.
شاید بشر مستقیم این بلا را به سر خودش نیاورده باشد، اما اثرات آن مستقیماً وی را تهدید می کند. ماشین ها و کارخانه هایی که ما در اختیار داریم باعث واکنش های گسترده ای در طبیعت شده است. البته جای شگفتی نیست. زیرا ما ذخیره و انباشت هیدروکربن میلیون ها سال تنها ظرف چند دهه مصرف کردیم و به حالت دی اکسید کربن به جو زمین فرستادیم پس مشکل اصلی خود ما هستیم.
حتی امروزه یعنی چند دهه بعد از این که عموم مردم جهان از گرم شدن کره زمین آگاه شده اند، هنوز بشر در حال شتاب بخشیدن به مصرف خیره کننده خود است. داده ها و ارقام و اعداد علمی حاکی از افزایش چشمگیر نرخ خشکسالی است، زیرا گرم شدن هوای کره زمین باعث تبخیر بیشتر آب و رفتن آن به جو زمین و در نتیجه افزایش نرخ سیل و باران های سیل آسا و طوفان ها می شود. می دانیم که آب تبخیر شده ای که به جو فرستاده می شود بلافاصله باید در قالب باران هایی به زمین برگردد. افزایش نرخ سیل و طوفان ها عملاً باعث افزایش بیماری و حشرات موذی مولد بیماری می شود. نکته حائز اهمیت دیگر این است که آب شدن یخ های قطبی، مصرف آب شرب مناطق بسیار زیادی از آسیا و نقاط دیگر شبه قاره را با خطر مواجه می کند.
پژوهش های جدید بر روی یخ های قطبی نشان می دهد که منطقه غربی قطب شمال می تواند در آینده خطرات جدیدتری نیز برای ما به وجود بیاورد، چرا که در اثر آب های گرمی که در قطب شمال در پی آب شدن یخ ها به وجود آمده بسیاری از صفحات یخ از پیکر اصلی خود جدا شده و به سمت اقیانوس حرکت می کنند.
نتایج یکی از پژوهش هایی که در پاییز سال گذشته منتشر شد نشان می دهد که افزایش سطح آب دریاها به اندازه حدود 2 متر در آینده ای نزدیک اتفاق خواهد افتاد. این میزان افزایش یک رقم تکان دهنده برای تمدن بشری خواهد بود، چرا که چنین افزایش سطح آبی می تواند بسیاری از سواحل زیبای دنیا را با حوادثی مواجه کند که در طوفان های اخیر نیواورلئان اتفاق افتاد. همین طوفان ها بسیاری از زمین های حاصلخیز جهان را به سرنوشت دلتای میانمار که در آن سیل سنگینی جاری شد و عملاً زمین ها را از بین برد، دچار می کند.
به این ترتیب، بسیاری از فعالیت های تولیدی و مولد بشر با خطرات جدی مواجه خواهد شد و ما به قاتلان طبیعت تبدیل خواهیم شد. این فجایع بزرگ را شاید بتوان با فجایع هسته ای که بشر برای خود به وجود آورد، مقایسه کرد. انبوه خساراتی که از این مسیر به بشر می رسد، شاید از فجایع هسته ای اتفاق افتاده نیز بیشتر باشد. "جیمز کانتن" یکی از اقلیم شناسان برجسته، اعداد و ارقام وحشتناک دیگری را در این زمینه ارائه کرده است. او و همکارانش در پژوهشی رابطه تاریخی میان کربن جوی و افزایش آب دریاها را در طول تاریخ بشر مورد مطالعه قرار دادند. بنابر پژوهش آنها تا قبل از انقلاب صنعتی، هوایی که ما استشمام می کردیم به ازای هر یک میلیون ذره تنها 275 ذره معلق دی اکسید کربن داشت، اما بعد از انقلاب صنعتی اوضاع کاملاً دگرگون شده است. نتیجه ای که "جیمز کانتن" و گروه تحقیقاتی اش گرفتند این است که اگر ما می خواهیم هوا و اقلیم خود را به زمانی برگردانیم که تمدن بشری در آن شکوفا شد و حیات بر روی زمین رونق گرفت، باید دی اکسید کربن موجود در جو از حالت فعلی 385 پی پی ام (ppm) (*) به حدود 350 پی پی ام کاهش یابد.
در حال حاضر میزان دی اکسید کربنی که بشر تولید می کند، بسیار بالا است و دلیل اصلی ذوب شدن یخ های قطبی نیز همین است. به عبارت بهتر، گرمایش زمین تنها مشکلی نیست که آیندگان بخواهند به آن بپردازند، بلکه مشکل و بحران حاد فعلی بشر امروز نیز قلمداد می شود. به این ترتیب، عدد 350 پی پی ام برای دی اکسید کربن به مهم ترین عدد موجود در کره زمین تبدیل شده است و همه باید برای رسیدن به آن تلاش کنند.
رسیدن به این عدد نیازمند اعمال تغییرات گسترده در مقیاس های بسیار بزرگ است. کانتن در این باره می گوید: برای این که بتوانیم به این هدف برسیم باید تا سال 2030 هر جای زمین که ذغال سنگ سوزانده می شود را تعطیل کنیم و این تعطیلی مصرف ذغال سنگ باید در جهان توسعه یابد و بسیار سریع تر اتفاق بیفتد." بعضی از فناوری های موجود این امکان را می دهند که دی اکسید کربن سوزانده شده از دودکش کارخانه ها ذخیره شده و مجدداً به زیر زمین منتقل شوند، اما این فناوری ها هنوز توسعه مطلوبی پیدا نکرده است. اما بسیاری معتقدند تعطیل کردن اقتصادی که متکی بر سوخت های فسیلی است خسارات مالی گسترده ای برای بشر در بر خواهد داشت. مخالفان این مباحث نیز اعتقاد دارند هنوز می توان از فناوری های قدیمی سوزاندن سوخت های فسیلی برای توسعه زندگی بشر استفاده کرد و این فناوری ها هنوز کارایی خود را دارند. در عین حال بشر باید روش های جایگزینی برای تأمین انرژی پیدا کند و یافتن منابع جدید وظیفه ای نیست که بر عهده نسل های بعدی باشد، بلکه همین نسل باید برای پیدا کردن چنین منابعی تلاش کند.
آیا می توانیم ذغال سنگ را از زندگی بشر حذف کنیم؟
کاهش وابستگی به ذغال سنگ و مبارزه با تغییرات اقلیمی، وعده هایی است که در مورد استفاده و استقرار سامانه های انرژی پاک داده می شود، اما بسیاری از کارشناسان زبده در این حوزه اعتقاد دارند که ذغال سنگ پاک اساساً یک ضد و نقیض گویی به تمام معنا است. دعوای اصلی در این زمینه بر روی مفهوم کلمه پاک است. ذغال سنگ یکی از منابع اصلی انرژی است و این منبع انرژی وافر حاوی بسیاری از آلاینده ها نظیر دی اکسید سولفور، نیتروژن و جیوه است. برای ابداع ذغال سنگ پاک عملاً باید عناصر آلاینده از آن حذف شود. سولفور مدت ها است از ترکیب اصلی ذغال سنگ جدا شده است و این جداسازی با شستشوی ذغال سنگ قبل از سوزاندن و خرد کردن آن به وجود می آید. سپس با استفاده از وسایل دیگر و دستگاه های جدید که کار مایع سازی را انجام می دهند، ذغال سنگ در دمای خنک تری می سوزد و سوختن در دمای پایین تر باعث تولید مقدار کمتری اکسید نیتروژن می شود.
به این ترتیب، بسیاری از نیروگاه های استفاده کننده از ذغال سنگ در حال حاضر 95 درصد مواد آلاینده موجود در این ماده که به تولید باران های اسیدی می انجامند را حذف کرده اند. این روش شاید به لحاظ استانداردهای تاریخی بتواند نوعی ذغال سنگ پاک قلمداد شود، اما هنوز همین ذغال سنگ پاک نتوانسته عامل اصلی گرمایش زمین یعنی دی اکسید کربن را از بین ببرد.
بسیاری از پیشنهاد دهندگان و فعالان این حوزه معتقد به استفاده از روش های جدیدی مانند جمع آوری کربن و ذخیره آن هستند که در این حالت دی اکسید کربن از ذغال سنگ در هنگام سوزاندن جدا شده و به یک مخزن ذخیره سازی هدایت و سپس از طریق فناوری مربوط مجدداً به زیر زمین تزریق می شود. فرآیندی که می تواند میزان انتشار دی اکسید کربن را تا 90 درصد کاهش دهد. منتقدان این روش نیز معتقدند؛ جمع آوری دی اکسید کربن و هدایت آن به زیر زمین بازدهی نیروگاه های استفاده کننده از ذغال سنگ را کاهش می دهد و باعث می شود تقاضای آنها برای سوزاندن ذغال سنگ بیشتر شود.
مدار هوشمند چیست؟
فرض کنید که جریان خون در بدن شما فقط در یک جهت سیلان دارد. اگر چنین مسیری را بتوانید تصور کنید دقیقاً توانسته اید حالت مدارهای جدید و هوشمند برق را نیز تجسم کنید. این مدارها حدود یک قرن پیش ابداع شد که در آنها جریان انتقال برق به ایستگاه های ثانویه و خطوط انتقال کاملاً یک طرفه بود، اما این جریان یک طرفه معضلات و چالش هایی نیز دارد، چه این که امکان کنترل نبض جریان در طول مسیر وجود ندارد و اگر جایی از مسیر جریان برق از دست برود امکان احیا وضعیت در آن نقطه وجود نخواهد داشت، اما امروزه که بحث بازدهی مصرف انرژی به صورت فزاینده ای جای خود را در محافل علمی باز کرده، نوع امکانات مورد استفاده در این مدارها نیز ارتقا یافته است تا بتوانیم مدار هوشمند را تعبیه کنیم.
به عبارت بهتر، در سیستم مدارهای هوشمند به جای استفاده از یک سیستم یک طرفه که تنها برق را توزیع می کند، نوعی مدار هوشمند قرار داده می شود که به توده ها این امکان را می دهد تا برق خود را تولید کنند و هر ایستگاهی که برق تولید می کند مازاد تولید خود را به مرکز می فرستد تا برای مصارف دیگر ذخیره یا فرستاده شود. تمام مراحل این کار با کمک مزارع باد، صفحات خورشیدی و سایر ژنراتورهای کوچک برق انجام می شود.
در مدار هوشمند ویژگی کوچک دیگری نیز در حوزه توزیع و توانایی محاسبه قرار گرفته است که مانند اینترنت عمل می کند و به آن این امکان را می دهد هر زمانی که بخواهد سیستم را رصد کرده و براساس نیازهای سیستم، تولید را تنظیم کند. برای مثال: یک ماشین لباسشویی در زمانی که مدار در حالت برگشت برق قرار دارد می تواند به کار خود ادامه دهد. وقتی در نقطه ای از مدار دستگاهی برق را به صورت عظیم مصرف می کند، تولید کننده های کوچک تر برق که در نقاط دیگر وجود دارند، می توانند این نوع مصرف را جبران کنند و این مسئله باعث می شود دیگر مصارف کوچک برق مثلاً روشنایی معابر یا ایستگاه ها از کار نیفتد و مدار به کار خود ادامه دهد. نتیجه پایانی این که مدار هوشمند مداری است که می تواند عرضه را با تقاضا هماهنگ کند و بازدهی را بالا ببرد و در عین حال نیاز به نیروگاه های برقی جدید را نیز کاهش دهد، اما در کنار همه این مزیت ها استقرار یک مدار برق ملی هوشمند میلیاردها دلار هزینه در برخواهد داشت.
امیر محمد قادری وصال
هیتنا: در نشریه انجمن شیمی امریکا گزارش این محققین از روند دستیابی به برخی از پرظرفیت ترین روش های حذف دی اکسید کربن حتی در شرایط محیطی واقعی و در جایی که هوا مرطوب است، منتشر شده است.
به گزارش گروه مواد پیشرفته هیتنا، آلن گوپرت، جی کی سوریا پراکاش، جرج ای اولا(برنده جایزه نوبل) و همکارانشان با تشریح این نکته که کنترل میزان انتشار دی اکسید کربن یکی از بزرگترین چالش هایی است که بشر در قرن 21 با آن مواجه می شود به این موضوع اشاره نمودند که روش های موجود برای حذف دی اکسید کربن از خروجی دودکش ها و سایر منابع از جمله جو، انرژی زیادی مصرف کرده، چندان کارآمد نبوده و معایب دیگری دارند. در تلاش برای غلبه بر چنین معایبی، این گروه تحقیقاتی، به دسته ای از مواد جامد بر پایه پلی اتیلن روی آوردند که یک ماده پلیمری ارزان قیمت و در دسترس است. آزمایش های آنها نشان داده که این مواد ارزان قیمت قابلیت دستیابی به بیشترین نرخ پاکسازی دی اکسید کربن را حتی در هوای مرطوب و در شرایطی که دیگر مواد مورد استفاده با مشکل روبرو می شوند دارند. بعد از جمع آوری دی اکسید کربن، مواد مورد بحث این گاز را براحتی آزاد می کنند تا در ساخت مواد دیگر مورد استفاده قرار گرفته یا برای همیشه دور از محیط قرنطینه شود. این ماده جاذب، قابل بازیافت بوده و می تواند بارها بدون کاهش بازده مورد استفاده مجدد قرار گیرد. به گفته محققین این مواد برای استفاده در زیردریایی ها، دودکش های صنعتی و یا حتی در هوای آزاد مفید هستند. جایی که می توانند آلودگی دی اکسید کربن ناشی از منابع کوچک نظیر خودروها یا سیستم های گرمایش خانگی که تولید کننده نیمی از دی اکسید کربن منتشر شده از فعالیت های بشری هستند را پاکسازی کنند.
محمدامین محمدزاده
بسم الله الرحمن الرحیم
روش های متعددی جهت جداسازی دی اکسید کربن توسط محققین مختلف تاکنون ارائه شده است. این روش ها شامل جذب فیزیکی، جذب به وسیله محلول های شیمیایی، جداسازی بوسیله غشاء و چندین فرآیند دیگر می باشد. بیشترین شیوه های جداسازی دی اکسید کربن بر اساس جذب فیزیکی یا شیمیایی این ماده در یک حلال مناسب استوار است. از آنجایی که در جذب فیزیکی راندمان عمل بستگی زیادی به مقدار دی اکسید کربن در گاز ورودی به فرآیند دارد و با کاهش مقدار دی اکسید کربن میزان جذب کاهش پیدا می کند، از این روش نمی توان به طور موثر برای جداسازی دی اکسید کربن از هوا که مقدار آن غالباً از حداکثر چند صدم درصد تجاوز نمی کند استفاده کرد. به همین دلیل استفاده از جذب شیمیایی دی اکسید کربن هوا با محلول های آمین راندمان بالاتر و کارایی مناسب تری از خود نشان می دهد. در این تحقیق انواع محلول های آمین که برای جذب شیمیایی دی اکسید کربن به کار می روند معرفی و خواص آنها ارائه می شود. نتایج نشان می دهند که به دلیل فعالیت شیمیایی بالا و ارزانی قیمت، محلول مونواتانول آمین مناسبترین محلول برای پاک کردن هوا از دی اکسید کربن موجود در آن است.
علی رضا فصیحی نژاد
هیتنا، آلن گوپرت، جی کی سوریا پراکاش، جرج ای اولا(برنده جایزه نوبل) و همکارانشان با تشریح این نکته که کنترل میزان انتشار دی اکسید کربن یکی از بزرگترین چالش هایی است که بشر در قرن 21 با آن مواجه می شود به این موضوع اشاره نمودند که روش های موجود برای حذف دی اکسید کربن از خروجی دودکش ها و سایر منابع از جمله جو، انرژی زیادی مصرف کرده، چندان کارآمد نبوده و معایب دیگری دارند. در تلاش برای غلبه بر چنین معایبی، این گروه تحقیقاتی، به دسته ای از مواد جامد بر پایه پلی اتیلن روی آوردند که یک ماده پلیمری ارزان قیمت و در دسترس است. آزمایش های آنها نشان داده که این مواد ارزان قیمت قابلیت دستیابی به بیشترین نرخ پاکسازی دی اکسید کربن را حتی در هوای مرطوب و در شرایطی که دیگر مواد مورد استفاده با مشکل روبرو می شوند دارند. بعد از جمع آوری دی اکسید کربن، مواد مورد بحث این گاز را براحتی آزاد می کنند تا در ساخت مواد دیگر مورد استفاده قرار گرفته یا برای همیشه دور از محیط قرنطینه شود. این ماده جاذب، قابل بازیافت بوده و می تواند بارها بدون کاهش بازده مورد استفاده مجدد قرار گیرد. به گفته محققین این مواد برای استفاده در زیردریایی ها، دودکش های صنعتی و یا حتی در هوای آزاد مفید هستند. جایی که می توانند آلودگی دی اکسید کربن ناشی از منابع کوچک نظیر خودروها یا سیستم های گرمایش خانگی که تولید کننده نیمی از دی اکسید کربن منتشر شده از فعالیت های بشری هستند را پاکسازی کنند.
علیرضا عاشوری
ترکیبات فرار موجود در فاز مایع (مانند ترکیبات آلی فرار) را می‌توان توسط جریان هوا از آن جدا نمود. این فرایند جداسازی را عموما در برج‌های جذبی هوا انجام می‌دهند. این برج ها برای شکستن آب به ذرات ریز و سهولت در انتقال ترکیبات فرار از فاز آب به هوا مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این سیستم‌ها فرض اولیه بر این است که جریان اتمسفر می‌تواند مکش مناسبی برای هوا و ترکیبات فرار جداسازی شده ایجاد کند، در غیر این صورت یک پمپ مکش نیز در بالای برج تعبیه میشود.
:: برج های پرشده جداسازی گازمعمولا برای حذف ترکیبات فرار(مانند تتراکلرواتیلن، تری کلرو اتیلن،آمونیاک، دی اکسید کربن و ...) از آب استفاده می‌شوند. استفاده از این سیستم برای تصفیه آب های زیرزمینی آلوده شده با ترکیبات آلی فعال که ناشی از نشت مخازن زیرزمینی ویا دفع نامناسب زباله ها میباشد، استفاده میگردد.
:: هرچه سطح تماس و زمان تماس هوا با آب بیشتر باشد درصد جزء فرار دفع شده ازآب بیشتر خواهد بود، برای ایجاد شرایط فوق برج را به صورت سینی دار می سازند و یا داخل برج را از پرکن های پلاستیکی یا سرامیکی پر می کنند. پرکن ها قطعات مشخصی هستند که نسبت سطح به حجم آن ها زیاد است به عبارتی سطح ویژه زیادی دارند بنابراین امکان تماس بیشتر آب با هوا را فراهم می کنند.
شرح کلی سیستم حذف گاز دی اکسیدکربن از آب
1- سیستم تزریق اسید کلریدریک :
:: جهت سهولت در جداسازی گازهای محلول در آب،PH آب ورودی توسط سیستم تزریق اسید تنظیم میگردد.
علیرضا عاشوری
دمنده هوا:
:: برای تامین هوای موردنیاز سیستم از یک دمنده هوا با قدرت موتور متناسب و سرعت جریان تنظیم شده استفاده میگردد. این دمنده، هوای تازه را با کمترین درصد گاز دی‌اکسیدکربن، به داخل برج جداسازی منتقل می‌کند.
3- برج جداسازی گاز(Stripping Tower) :
:: بخش اصلی سیستم حذف دی اکسیدکربن از گاز،در این برج عمل جداسازی گاز دی اکسید کربن انجام خواهد شد. برج های پرشده با جریان غیرهمسو طراحی می‌شوند. آب آلوده توسط نازل از بالای برج بر روی سینی‌های پرشده با پرکن پاشیده میشود. هوای تازه نیز توسط دمنده هوا از پایین برج دمیده میشود. با تماس جریان گاز با آب آلوده، دی اکسیدکربن از فاز مایع وارد فاز گاز شده و همراه با آن از بالای برج خارج میشود. در صورت بالا بودن میزان اجزای آلوده در جریان گاز، از یک فیلتر تصفیه هوا استفاده میشود.
:: در این برج از پرکن های های با جنس پلی پروپیلن استفاده می شوند . این پرکن ها در سیستم های آبی و غیر آبی قابل استفاده می باشند . از مزایای این پر کن ها می‌توان مواردی چون: سبک بودن، تنوع در شکل، بی اثر بودن در مقابل مواد شیمیایی، ایجاد افت فشار کم در برج و نیز قیمت مناسب آنها را نام برد.
پارسا سکوتی
یکی از بزرگترین مسائل زیست محیطی جهان، افزایش بیش از حد گازهای گلخانه ای می باشد. در بین گازهای گلخانه ای دی اکسید کربن به دلیل دارا بودن بالاترین زمان ماند و بیشترین مقدار در اتمسفر مهمترین گاز گلخانه ای محسوب می شود. روش های متعددی جهت جداسازی دی اکسید کربن توسط محققین مختلف تاکنون ارائه شده است. این روش ها شامل جذب فیزیکی، جذب به وسیله محلول های شیمیایی، جداسازی بوسیله غشاء و چندین فرآیند دیگر می باشد.
دانشمندان ابزاری برای جداکردن گاز دی اکسید کربن از هوا خلق کرده اند.در این فناوری از مایعی برای تبدیل گاز دی اکسید کربن به کریستال استفاده می شود.
دانشمندان آزمایشگاه Oak Ridge National Laboratory در وزارت انرژی آمریکا در روش های پاک کردن آلودگی های زیست محیطی مانند سولفور، کرومات و فسفات از آب به این کشف دست یافتند. آنها برای پاک کردن این آلودگی ها ترکیبی را به نام گوانیدین سنتز کردند. این ماده آلاینده ها را به هم متصل می کند و یک کریستال غیر حلال می سازد که می توان آن را از آب پاک کرد.
همچنین آنها متوجه شدند هنگامیکه یک محلول آبی از گوانیدین در هوای آزاد رها می شود، گاز دی اکسیدکربن را از هوا جذب کرده و آن را به کریستال های کربنات منشور مانند تبدیل می کند.
در بیشتر سناریوهای جذب کربن باید آن را به گاز تبدیل کرد و به مخازن ذخیره زیر زمینی ارسال کرد.
همچنین آنها متوجه شدند هنگامیکه یک محلول آبی از گوانیدین در هوای آزاد رها می شود، گاز دی اکسیدکربن را از هوا جذب کرده و آن را به کریستال های کربنات منشور مانند تبدیل می کند.
در بیشتر سناریوهای جذب کربن باید آن را به گاز تبدیل کرد و به مخازن ذخیره زیر زمینی ارسال کرد.
علیرضا خدنگان
دانشمندان آمریکایی به تازگی به روشی کم هزینه و کارآمد برای تبدیل گاز دی اکسید کربن که یکی از عوامل اصلی آلودگی هوا و پدیده گرم شدن جهانی است، به گاز اتانول دست یافته اند. گاز اتانول سوختی پاک و پر مصرف ترین سوخت زیستی در جهان است.
به گزارش کلیک، دانشمندان آمریکایی به تازگی عنوان کرده اند که آن ها به طور تصادفی به وجود روشی اقتصادی و کارآمد برای تبدیل گاز دی اکسید کربن که یکی از دلایل اصلی پدیده گرم شدن جهانی است، به یک سوخت پاک یعنی اتانول پی برده اند. این روش می تواند به راهی برای دست یافتن به یک منبع جدید انرژی تجدید پذیر و پاک تبدیل شود.
این محققان آمریکایی ماه گذشته اعلام کردند که آن ها به صورت تصادفی موفق به ایجاد کاتالیستی (مبدلی برای تبدیل گازهای سمی و مضر به ترکیباتی بی خطر) شده اند که می تواند گاز دی اکسید کربن را بدون استفاده از مواد کمیاب و گران قیمتی همچون پلاتین به میزان بالایی از اتانول تبدیل کند.
اتانول گازی است که از محصولات طبیعی مانند شکر و ذرت تولید می شود و پر مصرف ترین سوخت زیستی در سراسر جهان است.
بسیاری از کشورها مانند آمریکا و چین در حال کاهش مصرف سوخت های فسیلی و تلاش برای افزایش سوخت های زیستی هستند؛ زیرا سوخت های فسیلی دلیل اصلی افزایش گازهای مضر و پدیده تغییر اقلیم هستند.
طبق گفته های این محققان، ذرات موجود در عنصر کربن و فلز مس و همچین گاز نیتروژن و جریان الکتریسیته باعث ایجاد یک واکنش شیمیایی می شود که می تواند دی اکسید کربن را به راحتی به اتانول تبدیل کند.
محققان مدت ها تلاش کردند تا به یک سری واکنش های شیمیایی جدید دست پیدا کنند که بتوانند از طریق آن ها گاز دی اکسید کربن را که به دلیل مصرف سوخت های فسیلی به وجود می آیند، به یک سوخت پاک تبدیل کنند. آن ها سرانجام موفق شدند به روشی دست پیدا کنند که روشی کم هزینه و کارآمد برای تولید گاز اتانول است.
سرپرست این گروه تحقیقاتی اذعان کرد: “ما موفق شدیم گاز دی اکسید کربن را که یک گاز بی مصرف و مضر است و از مصرف سوخت های فسیلی به وجود می آید، به پرمصرف ترین سوخت زیستی پاک در جهان یعنی اتانول تبدیل کنیم”.
اگر چه فرایند تبدیل گاز دی اکسید کربن به گاز اتانول با استفاده از یک کاتالیست فرایند دشوار و پیچیده ای بود، اما نتیجه واقعاً شگفت انگیزی داشت.
محققان در حال انجام آزمایشاتی برای یافتن روشی هستند که بتوانند گاز دی اکسید کربن را با استفاده از روش مذکور به صورت گسترده و در مقیاس صنعتی به گاز اتانول تبدیل کنند.
فرایندی که در این فناوری به کار گرفته می شود می تواند با دیگر منابع انرژی تجدید پذیر و پاک مانند انرژی خورشیدی و انرژی باد ترکیب شود و استفاده از این انرژی ها را کارآمدتر کند.
انرژی برق مازاد بر مصرف تولید شده توسط انرژی خورشید و باد، غالبا پس از ذخیره شدن در باتری ها از بین می رود.
محققان به بیان این مطلب پرداختند که با استفاده از فناوری جدید ایجاد شده می توان از برق مازاد بر مصرف، برای تولید گاز اتانول به منظور تأمین نیروی تاسیسات و توربین های خورشیدی در زمان کافی نبودن قدرت انرژی خورشید یا باد، استفاده کرد؛ بنابراین این فناوری می تواند برای ایجاد توازن شبکه ای که انرژی آن توسط انرژی های تجدید پذیر ناپایدار و متغیر تأمین می شود، مورد استفاده قرار گیرد.
یکی از محققانی ارشد و متخصص در زمینه سوخت های مختلف به بیان این مطلب پرداخت که فناوری جدیدی که توسط این محققان ایجاد شده است، می تواند گامی بزرگ برای ایجاد یک سیستم انرژی کارآمد با تولید میزان کمی از گاز دی اکسید کربن باشد.
محققان در حال انجام مراحل اولیه ایجاد صنعت جدیدی برای تولید فراورده های شیمیایی هستند که پایه و اساس فعالیت آن گاز دی اکسید و الکتریسیته است. با کمک این فناوری می توان صنایعی را ایجاد کرد که هیچ گاز دی اکسید کربنی بر اثر فعالیت آن ها تولید نشود.
ایجاد چنین فرایند مفیدی برای کاهش میزان آلودگی هوا نیازمند دسترسی به میزان زیادی از برق تولید شده توسط انرژی های پاک است؛ اما برای تحقق یافتن این هدف، هنوز باید کارهای زیادی انجام داد.
هیتنا: در نشریه انجمن شیمی امریکا گزارش این محققین از روند دستیابی به برخی از پرظرفیت ترین روش های حذف دی اکسید کربن حتی در شرایط محیطی واقعی و در جایی که هوا مرطوب است، منتشر شده است.
به گزارش گروه مواد پیشرفته هیتنا، آلن گوپرت، جی کی سوریا پراکاش، جرج ای اولا(برنده جایزه نوبل) و همکارانشان با تشریح این نکته که کنترل میزان انتشار دی اکسید کربن یکی از بزرگترین چالش هایی است که بشر در قرن 21 با آن مواجه می شود به این موضوع اشاره نمودند که روش های موجود برای حذف دی اکسید کربن از خروجی دودکش ها و سایر منابع از جمله جو، انرژی زیادی مصرف کرده، چندان کارآمد نبوده و معایب دیگری دارند. در تلاش برای غلبه بر چنین معایبی، این گروه تحقیقاتی، به دسته ای از مواد جامد بر پایه پلی اتیلن روی آوردند که یک ماده پلیمری ارزان قیمت و در دسترس است. آزمایش های آنها نشان داده که این مواد ارزان قیمت قابلیت دستیابی به بیشترین نرخ پاکسازی دی اکسید کربن را حتی در هوای مرطوب و در شرایطی که دیگر مواد مورد استفاده با مشکل روبرو می شوند دارند. بعد از جمع آوری دی اکسید کربن، مواد مورد بحث این گاز را براحتی آزاد می کنند تا در ساخت مواد دیگر مورد استفاده قرار گرفته یا برای همیشه دور از محیط قرنطینه شود. این ماده جاذب، قابل بازیافت بوده و می تواند بارها بدون کاهش بازده مورد استفاده مجدد قرار گیرد. به گفته محققین این مواد برای استفاده در زیردریایی ها، دودکش های صنعتی و یا حتی در هوای آزاد مفید هستند. جایی که می توانند آلودگی دی اکسید کربن ناشی از منابع کوچک نظیر خودروها یا سیستم های گرمایش خانگی که تولید کننده نیمی از دی اکسید کربن منتشر شده از فعالیت های بشری هستند را پاکسازی کنند.