نگاهی کلان به زنجیره ارزش جذب، ذخیره و استفاده از کربن (CCUS)

تغییرات اقلیمی و افزایش سطح کربن دی‌اکسید (CO₂) در جو، یکی از چالش‌های بزرگ محیط زیستی جهان محسوب می‌شود. این موضوع کشورها و صنایع را به سمت استفاده از فناوری‌های جدید برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای سوق داده است. فناوری‌های مرتبط با جذب، ذخیره و استفاده از کربن (CCUS) [1] از راهکارهای نوین و مؤثر برای کاهش سطح CO₂ و دیگر گازهای گلخانه‌ای به شمار می‌روند. این فرآیند چندمرحله‌ای شامل جذب CO₂ از منابع صنعتی، ذخیره‌سازی آن در مخازن زیرزمینی و غیر زیر زمینی و استفاده مجدد از CO₂ در صنایع مختلف است. در این مقاله، به بررسی مراحل مختلف جذب، ذخیره و استفاده از کربن و اهمیت آن در کاهش انتشار کربن، چالش‌ها و فرصت‌های آن و وضعیت CCUS در ایران پرداخته می‌شود. (برای مطالعه مقاله “نقشه راه کاهش کربن دی اکسید: انواع منابع انتشار و راهکارهای عملیاتی” اینجا کلیک کنید.)

فرآیند جذب، ذخیره و استفاده از کربن (CCUS)

فرایند CCUS شامل سه مرحله اصلی: جذب [1]، ذخیره‌سازی [2] و استفاده [3] از کربن دی اکسید است.

جذب کربن: در این مرحله، CO₂ از گازهای خروجی صنایع سنگین مانند نیروگاه‌ها، کارخانه‌های سیمان، پالایشگاه‌ها و پتروشیمی‌ها که ناشی از سوخت‌های هیدروکربنی است، جذب می‌شود. جذب CO₂ می‌تواند از طریق جذب مستقیم از هوا نیز انجام شود. در حال حاضر، بازیافت CO₂ بیشتر در تولید اوره و بازیابی نفت (EOR [4]) استفاده می‌شود و اندازه این بازار در حدود 250 میلیون تن در سال CO₂ تخمین زده شده است.

ذخیره‌سازی کربن: پس از فرایند جذب،CO₂  به مخازن زیرزمینی مانند مخازن خالی نفت و گاز یا سفره‌های آب شور [5] تزریق می‌شود تا به‌صورت دائمی ذخیره شود. این مرحله از انتشار CO₂ به جو، جلوگیری می‌کند و در مناطقی که دارای ظرفیت ذخیره‌سازی زیرزمینی مناسبی هستند، می‌تواند به‌عنوان یک راه‌حل بلندمدت برای کاهش انتشار کربن عمل کند.

بازیابی و استفاده از کربن: یکی از مزایای کلیدی فناوری CCUS این است که به جای ذخیره‌سازی دائمی CO₂، امکان استفاده از آن در تولید محصولات مختلف  در صنایع؛ پتروشیمی (مانند: تولید اوره، کلسیم کربنات، پلیمر‌های مبتنی بر کربن دی اکسید و غیره)، صنایع غذایی و همچنین صنعت ساختمانی از جمله محصولات بتن کربنی و سایر مصالح ساختمانی وجود دارد. به عنوان مثال، بتن کربنی می‌تواند انتشار CO₂ را بین 12 تا 48 کیلوگرم به ازای هر تن محصول کاهش دهد. در حالی که در فرایند تولید مصالح ساختمانی سنتی به‌طور متوسط 3 کیلوگرم CO₂ به ازای هر تن محصول تولید شده، منتشر می‌شود.

این مصالح نه تنها به کاهش انتشار CO₂ کمک می‌کنند، بلکه با ذخیره‌سازی CO₂ در ساختار خود، نقشی مهم در جذب کربن دی‌اکسید ایفا می‌کنند. این قابلیت به‌ویژه در صنعت ساخت‌وساز، که یکی از بزرگ‌ترین صنایع منتشر کننده  CO₂ است، بسیار حیاتی است. در حالی که مصالح ساختمانی سنتی همچنان دارای انتشار بالای CO₂ هستند، مصالح جدید مبتنی بر CO₂ می‌توانند انتشار را به‌طور قابل‌توجهی کاهش داده و حتی به کاهش کلی CO₂ در جو کمک کنند.

 در سال‌های اخیر تولید برخی از محصولات سوختی مانند نفت سفید و متانول (متانول به یک ماده شیمیایی در صنایع پتروشیمی نیز کاربرد دارد) تحت عنوان سوخت‌های سبز مانند E-kerosene (نفت سفید سبز) و E-methanol (متانول سبز) مورد توجه ویژه قرار گرفته است. این سوخت‌ها با استفاده از کربن دی‌اکسید بازیافتی و هیدروژن تولیدشده از منابع انرژی تجدیدپذیر (الکترولیز آب) تولید می‌شوند. در این فرآیند CO₂  به‌عنوان یک ماده اولیه به کار می‌رود تا به‌ جای انتشار به جو، در تولید سوخت‌های پاک استفاده شود.

شکل بالا روند پیش‌بینی‌شده رشد بازار CO₂ را از 250 میلیون تن در حال حاضر تا 430 – 840 میلیون تن در سال تا سال 2040 نشان می‌دهد.

فناوری CCUS به چند روش به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند. در مرحله نخست، با جذب CO₂ از صنایع سنگین مانند سیمان، فولاد، پالایشگاه، پتروشیمی و نیروگاه‌ها، از ورود مستقیم این گاز به جو جلوگیری می‌شود. این فرایند به کشورها کمک می‌کند تا به اهداف تعیین‌شده در توافق‌های بین‌المللی اقلیمی، مانند توافق پاریس، نزدیک‌تر شوند.

همچنین، تبدیل و یا استفاده از CO₂ در تولید محصولاتی مبتنی بر کربن‌دی‌اکسید، انتشار گازهای گلخانه‌ای در صنایع مختلف را کاهش می‌دهد.

با وجود پتانسیل بالای فناوری CCUS، چالش‌های زیادی بر سر راه توسعه آن وجود دارد. از جمله این چالش‌ها می‌توان به هزینه‌های بالا در جذب و ذخیره‌سازی CO₂ اشاره کرد. همچنین، بسیاری از کشورها هنوز زیرساخت‌های لازم برای پیاده‌سازی این فناوری را ندارند. استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر برای جذب CO₂ نیز هزینه‌های بیشتری را به همراه دارد. یکی دیگر از چالش‌ها، نبود سیاست‌های حمایتی کافی است. در بسیاری از کشورها، برای گسترش فناوری CCUS نیاز به حمایت‌های مالی، قیمت‌گذاری کربن و مشوق‌های قانونی وجود دارد. بدون این حمایت‌ها، توسعه این فناوری با مشکلات جدی روبرو خواهد شد.

با این حال، همراه با رشد تقاضا برای کاهش انتشار کربن و توسعه بازارهای جهانی CO₂، توسعه فناوری CCUS با سرعت بیشتری انجام خواهد شده و توجیه پذیری اقتصادی این فرایند‌ها را تقویت خواهد کرد. این فناوری می‌تواند نقشی کلیدی در رسیدن به اهداف اقلیمی جهانی و توسعه پایدار ایفا کند.

وضعیت CCUS در ایران

ایران با داشتن منابع بزرگ زیرزمینی و صنایع سنگین مانند نفت، گاز، فولاد و سیمان، پتانسیل بالایی برای بهره‌برداری از فناوری CCUS دارد. مخازن خالی نفت و گاز و سفره‌های آب شور می‌توانند به‌عنوان محل‌های مناسبی برای ذخیره‌سازی CO₂ استفاده شوند. همچنین، استفاده از CO₂ در فرآیند افزایش برداشت نفت (EOR) می‌تواند تولید نفت را افزایش دهد و همزمان از انتشار این گاز به جو جلوگیری کند. استفاده از ظرفیت مازاد تولید آمونیاک در کشور و یکپارچگی آن با واحد‌های CCUS جهت تولید کود پر مصرف اوره به عنوان یک استراتژی معتبر جهت استفاده بهینه از منابع موجود و همچنین جذب و استفاده از کربن دی اکسید در کشور نیز پیشنهاد می‌شود.

با این حال، نبود نقشه راه مشخص جهت سیاستگذاری صحیح در زنجیره ارزش کربن دی اکسید، عدم توسعه زیرساخت‌های لازم و همچنین تامین مالی از جمله چالش‌های اساسی برای توسعه CCUS در ایران محسوب می‌شوند. تحریم‌های بین‌المللی نیز دسترسی به فناوری‌های پیشرفته و سرمایه‌گذاری‌های خارجی را محدود کرده است. با این وجود، اگر ایران بتواند از دانش بومی و همکاری‌های بین‌المللی بهره‌برداری کند، پتانسیل بالایی برای توسعه این فناوری در کشور وجود دارد.

نتیجه‌گیری

فناوری CCUS یکی از مؤثرترین راه‌حل‌ها برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای است. این فناوری با جذب، ذخیره‌سازی و استفاده از کربن دی‌اکسید می‌تواند به صنایع سنگین کمک کند تا از انتشار مستقیم CO₂ به جو جلوگیری کنند. با توجه به افزایش تقاضای جهانی برای کاهش انتشار کربن و توسعه بازارهای CO₂، فناوری CCUS نقش کلیدی در آینده کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای خواهد داشت.

اگرچه چالش‌های اقتصادی و زیرساختی در مسیر توسعه این فناوری وجود دارد، اما با حمایت‌های سیاسی و مالی، CCUS می‌تواند به یکی از فناوری‌های حیاتی برای مقابله با تغییرات اقلیمی و رسیدن به اهداف جهانی در دهه‌های آینده تبدیل شود. ایران نیز با توسعه زیرساخت‌ها و استفاده از فناوری‌های نوین می‌تواند در این مسیر نقش مهمی ایفا کند.

مراجع

[1] Capture

[2] Storage

[3] Utilization

[4] Enhanced Oil Recovery

[5] aquifers

[1] Carbon Capture, Utilization, and Storage