فناوری جذب مستقیم کربن از هوا (Direct Air Capture - DAC) یکی از مهم‌ترین و نوآورانه‌ترین ابزارهای مهندسی برای مقابله با گرمایش جهانی است. بر خلاف روش سنتی جذب کربن (CCS) که آلاینده‌ها را از منابع نقطه‌ای (مانند دودکش نیروگاه‌ها یا کارخانه‌ها) جمع‌آوری می‌کند، DACمستقیماً دی‌اکسید کربن (CO_2) موجود در هوای محیط را جداسازی می‌کند. این قابلیت، آن را به ابزاری کلیدی برای رسیدن به اهداف "کربن صفر خالص (Net-Zero)" تبدیل کرده است.
۱. اصول و ضرورت DAC
الف) تفاوت اساسی با CCS
غلظت CO_2 در جو زمین حدود 420قسمت در میلیون (ppm) است، در حالی که غلظت آن در دودکش یک کارخانه می‌تواند تا 10درصد باشد. این تفاوت در غلظت، کار جذب CO_2 از هوا را بسیار انرژی‌برتر و گران‌تر می‌کند. با این حال، DACاین مزیت را دارد که:
- انعطاف‌پذیری مکانی: می‌تواند در هر نقطه‌ای از جهان که دسترسی به انرژی و محل ذخیره‌سازی مناسب وجود دارد، مستقر شود.
- حذف انتشار تاریخی: تنها راهکار مکانیکی است که قادر به حذف CO_2 منتشر شده در گذشته و انتشار کربن‌های غیرنقطه‌ای (مانند خودروها و هواپیماها) است.
ب) نقش در رسیدن به کربن صفر
هیئت بین دولتی تغییرات اقلیمی (IPCC) اعلام کرده است که صرفاً کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای برای جلوگیری از خطرناک‌ترین سطوح گرمایش جهانی کافی نیست؛ جهان باید به طور فعال CO_2 موجود در جو را حذف کند. DACیکی از روش‌های اصلی برای دستیابی به این "انتشار منفی" است.
۲. روش‌های اصلی فناوری DAC
سیستم‌های DACبا استفاده از واکنش‌های شیمیایی، CO_2 را از هوا جدا می‌کنند و سپس با اعمال گرما یا خلاء، آن را به شکل متمرکز (گاز خالص) آزاد می‌سازند. دو رویکرد فناورانه عمده وجود دارد:
الف) جذب مبتنی بر حلال مایع (Liquid Solvents DAC)
- تماس (Contacting): فن‌های بزرگ، هوا را به داخل برج‌های تماس (Air Contactors) می‌کشند.
- جذب (Capture): هوا از روی یک محلول شیمیایی قلیایی (مانند هیدروکسید پتاسیم) عبور داده می‌شود. این محلول با CO_2 واکنش داده و آن را به صورت نمک کربنات محلول جذب می‌کند.
- احیا و آزادسازی (Regeneration): محلول غنی شده وارد فرآیند شیمیایی دیگری می‌شود. با اعمال دمای بسیار بالا (حدود 300^circ Cتا 900^circ C)، CO_2 خالص آزاد می‌شود و حلال برای استفاده مجدد بازیافت می‌گردد.
- مزیت: توان عملیاتی بالا و امکان استفاده در مقیاس‌های بزرگ (مانند شرکت Carbon Engineering).
ب) جذب مبتنی بر جاذب جامد (Solid Sorbents DAC)
- تماس و جذب: هوا از داخل فیلترهایی که حاوی مواد جاذب جامد متخلخل (اغلب مشتقات آمین) هستند، عبور می‌کند. CO_2 به طور شیمیایی به سطح این مواد متصل می‌شود.
- احیا و آزادسازی: زمانی که جاذب اشباع شد، فیلتر با اعمال گرمای کمتر (حدود 80^circ Cتا 120^circ C) یا ایجاد خلاء، CO_2 را به صورت متمرکز آزاد می‌کند.
- مزیت: نیاز به دمای احیای پایین‌تر، که می‌تواند توسط گرمای اتلافی یا انرژی زمین‌گرمایی تأمین شود. این روش معمولاً در طراحی‌های ماژولار (مدلهای شرکت Climeworks) به کار می‌رود.
۳. ذخیره‌سازی و استفاده از کربن جذب شده (CCU/S)
CO_2 متمرکز پس از جذب باید یا به طور دائمی ذخیره شود و یا مورد استفاده قرار گیرد:
- ذخیره‌سازی دائمی (Sequestration): رایج‌ترین روش، تزریق CO_2 به اعماق زمین (بیش از یک کیلومتر) در تشکیلات زمین‌شناسی مناسب مانند مخازن آب شور (Saline Aquifers)، ذخایر نفت و گاز تخلیه شده، یا تزریق در سنگ‌های بازالتی برای تبدیل به مواد معدنی کربناته جامد (مانند پروژه Carbfix در ایسلند).
- استفاده از کربن (Utilization): تبدیل CO_2 به محصولات با ارزش تجاری:
- سوخت‌های سینتتیک: تولید سوخت‌های کربن-خنثی (مانند سوخت جت) با ترکیب CO_2 جذب شده با هیدروژن پاک.
- مصالح ساختمانی: استفاده در فرآیندهای عمل‌آوری بتن و تولید سیمان سبز.
- محصولات شیمیایی: در صنایع شیمیایی و غذایی (مانند تولید نوشابه‌های گازدار).
۴. چالش‌ها و چشم‌انداز آینده
با وجود پتانسیل بالا، DACبا موانع مهمی روبه‌رو است:
- هزینه‌های بالا: در حال حاضر، هزینه جذب هر تن CO_2 از طریق DACبسیار بالاتر از جذب از منابع نقطه‌ای است (تخمین‌ها تا 1000دلار در هر تن در اوایل و هدف رساندن به زیر 100دلار در آینده).
- نیاز به انرژی: فرآیند DAC(به خصوص در مرحله احیای جاذب با گرما) بسیار انرژی‌بر است. برای اینکه DACتأثیر مثبتی بر اقلیم داشته باشد، باید از منابع انرژی تجدیدپذیر (خورشیدی، بادی یا زمین‌گرمایی) تأمین شود. اگر از سوخت فسیلی استفاده شود، ممکن است CO_2 بیشتری نسبت به آنچه جذب می‌کند، منتشر کند.
- مقیاس‌پذیری زیرساخت: توسعه زیرساخت‌های عظیم برای انتقال (خطوط لوله) و ذخیره‌سازی ایمن میلیون‌ها تن CO_2 در سال، نیازمند سرمایه‌گذاری هنگفتی است.
دولت‌ها (مانند ایالات متحده با تخصیص میلیاردها دلار) و شرکت‌های بزرگ خصوصی در حال سرمایه‌گذاری جدی برای کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری DACهستند تا این فناوری به یکی از ارکان اصلی مبارزه با تغییرات اقلیمی در دهه آینده تبدیل شود.
