CCUS (التقاط الكربون واستخدامه وتخزينه) هي صناعة ناشئة بسرعة تستعد للعب دور حاسم في استراتيجيات الشركات لإزالة الكربون. وفقًا للنمو العالمي للصقيع والسوليفان ، من المتوقع أن ينمو سوق CCUS بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) بين على الأقل ، من المتوقع أن ينمو سوق CCUS. بحلول ذلك ، من المتوقع أن تصل الإيرادات إلى السوق بمليار دولار ، وبسعر من الممكن أن تصل إلى ذروتها عند مليار دولار.
يعد استخدام ثاني أكسيد الكربون الذي تم التقاطه للمنتجات عالية القيمة خطوة أساسية في تعزيز قيمة ثاني أكسيد الكربون. يمكن تصنيع البوليمرات ، كونها منتجات ذات قيمة عالية ، من ثاني أكسيد الكربون من خلال العمليات الحفازة أو غيرها ، مما يضيف قيمة إلى سلسلة توريد ثاني أكسيد الكربون ويخلق مسارات مستدامة بيئيًا.
يلخص الرسم البياني التالي بعض طرق التحويل الواعدة:
التحويل التحفيزي
تحفيز ثاني أكسيد الكربون مع خلاصات يولد مواد وسيطة يمكن أن تشكل في نهاية المطاف بوليمرات مثل البوليسترات والبوليوريا والبوليوريثان غير الإيزوسيانات (نيبو).
يخضع ثاني أكسيد الكربون والأكاسيد (مثل أكسيد الإيثيلين وأكسيد البروبيلين) لتفاعلات البلمرة في وجود المحفزات ، مما يؤدي إلى وجود البولي كربونات الأليفاتية أو كربونات البولي ألكيلين (باك).
يحفز ثاني أكسيد الكربون مع الإيبوكسيدات أو الكحول توليف البوليولات ، والتي يمكن بعد ذلك أن تتحد مع الإيزوسيانات لتشكيل البولي يوريثين.
التحويل الحفاز لثاني أكسيد الكربون و H2 إلى غاز syngas ، يليه تفاعل Fischer-Tropsch ، يؤدي إلى البولي أوليفينات. البولي أوليفينات هي بوليمرات مستخدمة على نطاق واسع ، بما في ذلك البولي إيثيلين (البولي إيثيلين) والبولي بروبلين.
مسار الهدرجة
يتفاعل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين (H2) من خلال سلسلة من خطوات الهدرجة لإنتاج الميثانول ، والتي يمكن بعد ذلك تحويلها إلى أوليفينات (e. ز. ، الإيثيلين ، البروبيلين) من خلال تقنية الميثانول إلى الأوليفينات (MTO) ، مما يؤدي إلى توليف البولي أوليفين.
يمكن أن ينتج ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين (H2) من خلال تفاعلات كهروكيميائية جلايكول الإثيلين (ميغ) والإيثيلين وحمض الهيدروسيانيك ، والتي يمكن توليفها بشكل أكبر في بوليمرات مثل ميثاكريلات البولي ميثيل (PMMA) ، البولي ايثيلين تيريفثالات (الحيوانات الأليفة) ، البولي ايثيلين فيورانات (PEF) ، والبولي ايثيلين (PE). هذا المسار فعال وصديق للبيئة ، وهو اتجاه مستقبلي مهم للتحويل.
تخمير
يمكن أن ينتج ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين الأخضر من خلال التخمير مواد وسيطة مثل حمض اللاكتيك وحمض السكسينيك وحمض الأديبيك والإيثانول والبيوتانول والإيزوبوتانول وغيرها ، التي يمكن توليفها بشكل أكبر في بوليمرات حيوية قابلة للتحلل مثل بولي هيدروكسي ألكانوات (PHA) ، وحمض polylactic (PLA) ، وسكسينات البولي بوتيلين (PBS). هذه المواد تحمل آفاق تطبيق واسعة.
تُظهر هذه الطرق الملخصة إمكانيات متعددة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى بوليمرات. هذه المسارات ليست ممكنة نظريًا فحسب ، بل حققت أيضًا بعض التقدم في البحث التجريبي والتطبيق الصناعي. ومع ذلك ، في التصنيع العملي ، يجب مراعاة عوامل مثل نضج التكنولوجيا والجدوى الاقتصادية وطلب السوق والتأثير البيئي. في المستقبل ، مع تقدم التكنولوجيا وانخفاض التكاليف ، يمكن أن تصبح هذه الطرق مسارات مهمة لاستخدام موارد ثاني أكسيد الكربون.
تمتلك طرق معينة ، مثل إنتاج البوليسترات والبوليوريا والبوليوريثين غير الإيزوسيانات (NIPU) ، تقنيات ناضجة نسبيًا ، ولكن معدلات التحويل المباشر من ثاني أكسيد الكربون قد تظل محدودة.
يتطور إنتاج بوليمر البولي كربونات (على سبيل المثال ، كربونات البولي بروبلين (PPC) ، وكربونات البولي إيثيلين (PEC)) بسرعة ، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من البحث والتحسين لتحسين الإنتاجية وتقليل التكاليف.
وتظهر التقنيات الكهروكيميائية وفيشر تروبش أنها تبشر بالخير ولكنها حاليا في المختبر أو مراحل الاختبار الصناعي على نطاق صغير ، مما يتطلب المزيد من الاستثمار في البحث والتطوير والتحقق من الصحة.
حققت تقنيات الصالح بعض النجاح في التطبيقات الصناعية. على سبيل المثال ، طورت بعض الشركات مجموعات كاملة من التقنيات الخاصة بالبوليولات ، تتراوح بين المحفزات وعمليات التفاعل والمعدات إلى التطبيقات النهائية ، المستخدمة على نطاق واسع في البولي يوريثين والجلود الاصطناعية والرغاوي. مع تقدم التكنولوجيا ، قد يشهد polyols تطبيقات أوسع وتطورا أكبر.
يتميز ثاني أكسيد الكربون كمادة خام بكونه منخفض التكلفة ، لأنه غاز دفيئة منبعث على نطاق واسع يمكن التقاطه واستخدامه. ومع ذلك ، قد تختلف تكاليف المواد الخام المساعدة الأخرى (مثل الهيدروجين والمحفزات والمذيبات والكتلة الحيوية) وفقًا لمصدرها وسعرها وإمدادات السوق.
للبوليمرات المنتجة للتخمير (e. ز. ، حمض polylactic (PLA) ، polyhyroxyalkanoates (PHA)) ، تكاليف المواد الخام (e. ز. ، السكريات والكتلة الحيوية) وكفاءة عملية التخمير تؤثر أيضا على الجدوى الاقتصادية.
سيؤثر حجم ومعدل نمو الطلب في السوق بشكل مباشر على الجدوى الاقتصادية لهذه التقنيات:
مع زيادة الوعي البيئي والطلب على التنمية المستدامة ، هناك طلب متزايد على البوليمرات المعتمدة على الوقود الحيوي والقابلة للتحلل الحيوي ، مما يساعد على تطوير تقنيات التحويل.
مع ظهور إمكانات الوقود منخفض الكربون واستمرار الضغط العالمي للتنمية المستدامة ، يزداد الطلب في السوق على الميثانول الأخضر باطراد. يحتوي الميثانول الأخضر على تطبيقات واسعة ، بما في ذلك وقود السيارات وخلايا الوقود والوقود البحري والإضافات العضوية. مع تقدم تقنيات تحويل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين الأخضر وانخفاض التكاليف ، سيشهد الميثانول الأخضر تطبيقًا متزايدًا في هذه المجالات ، مع نمو مستدام في الطلب في السوق.
تساعد تقنيات التحويل على تقليل انبعاثات غازات الدفيئة والتلوث البلاستيكي وتعزيز إعادة تدوير الموارد مع تقليل توليد النفايات. غير أن بعض المسارات قد تنتج ملوثات أخرى أو قد يكون لها آثار بيئية محتملة.
يلزم إجراء تقييم شامل للأثر البيئي ، إلى جانب اتخاذ التدابير المناسبة للتخفيف من الآثار السلبية.
على الرغم من الفوائد البيئية العديدة لتقنيات التحويل ، فإنها لا تزال تواجه تحديات تقنية. على سبيل المثال ، يعد تحسين كفاءة تحويل CO2 وتحسين أداء البوليمر لتلبية احتياجات التطبيقات المختلفة مجالات تركيز رئيسية. ومع ذلك ، مع الجهود المستمرة من مؤسسات البحوث والشركات ، يتم معالجة هذه التحديات التقنية تدريجيا. في المستقبل ، مع استمرار تقدم التكنولوجيا وتوسيع التطبيقات ، ستلعب تقنيات تحويل ثاني الكربون دورا متزايد الأهمية في حماية البيئة وإعادة تدوير الموارد.
وفي الختام ، فإن طرق التحويل المبينة تمثل تحديات وفرصا مختلفة من حيث الجدوى التقنية والجدوى الاقتصادية. لتحقيق تسويق هذه التقنيات ، هناك حاجة إلى مزيد من البحث والتطوير لتحسين ظروف العملية وتقليل تكاليف الإنتاج وتحسين كفاءة الطاقة مع مراعاة الطلب في السوق والتأثيرات البيئية. بالإضافة إلى ذلك ، ستلعب السياسات الحكومية ودعم التمويل وطلب السوق أدوارًا مهمة في تشكيل تطور هذه التقنيات.
