CCUS هي صناعة ناشئة بسرعة من شأنها أن تلعب دورا رئيسيا في استراتيجيات إزالة الكربون للشركات. وفقًا لشركة النمو العالمي سوليفان ، من المتوقع أن ينمو سوق CCUS بشكل كبير بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) من ، من ، إلى. من المتوقع أن تصل الإيرادات إلى مليار دولار أمريكي ، وبسعر $ ، قد تصل الإيرادات إلى ذروتها عند مليار دولار أمريكي.
يعد الاستخدام عالي القيمة لثاني أكسيد الكربون بعد التقاطه خطوة حاسمة في تعزيز قيمة ثاني أكسيد الكربون. البوليمرات هي منتجات عالية القيمة ، وعملية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى بوليمرات عالية الوزن الجزيئي من خلال المحفزات أو وسائل أخرى تضيف قيمة إلى سلسلة توريد ثاني أكسيد الكربون ، إنشاء مسار تنمية صديق للبيئة ومستدام.
يلخص الرسم البياني أدناه أكثر المسارات الواعدة:
1. التحويل الحفاز
يتفاعل ثاني أكسيد الكربون تحفيزيًا مع المستخلصات لإنتاج منتجات وسيطة ، مما يؤدي في النهاية إلى توليد بوليمرات مثل البوليسترات والبوليوريا والبوليوريثان غير الإيزوسيانات (NIPU).
يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع أكاسيد الإيبوكسيد (مثل أكسيد الإيثيلين وأكسيد البروبيلين وما إلى ذلك) تحت تأثير المحفزات للخضوع للبلمرة ، مما يؤدي إلى وجود بولي كربونات أليفاتية أو كربونات بولي ألكيلين (باك).
• يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الإيبوكسيدات أو الكحول لتخليق البوليولات بشكل حفاز ، والذي ، عندما يتفاعل مع الإيزوسيانات ، يمكن أن يشكل بولي يوريثين.
يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون و H2 بشكل تحفيزي إلى غاز syngas ، والذي يتحول إلى بوليوليفينات من خلال توليف Fischer-Tropsch. البولي أوليفينات هي بوليمرات مستخدمة على نطاق واسع ، بما في ذلك البولي إيثيلين (البولي إيثيلين) والبولي بروبلين.
2. مسار الهدرجة
يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الهيدروجين (H2) من خلال سلسلة من خطوات الهدرجة لإنتاج الميثانول ، والتي يمكن تحويلها بعد ذلك إلى الأوليفينات (مثل الإيثيلين والبروبيلين) باستخدام تقنية الميثانول إلى الأوليفينات (MTO). يمكن لهذه الأوليفينات زيادة البلمرة إلى البولي أوليفينات.
• يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الهيدروجين (H2) عبر تفاعلات كهروكيميائية لإنتاج جلايكول الإثيلين (ميج) والإيثيلين وسيانيد الهيدروجين ومنتجات أخرى ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لتجميع بولي ميثاكريلات (PMMA) ، والبولي ايثيلين تيريفثالات (PET) ، وفيورانات البولي ايثيلين (PEF) ، والبولي ايثيلين (PE) ، وغيرها. هذا المسار فعال وصديق للبيئة ، مما يجعله أحد الاتجاهات الرئيسية لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى بوليمرات في المستقبل.
3. مسار التخمير
• يمكن أن يخضع ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين الأخضر للتخمير لإنتاج مواد وسيطة مثل حمض اللاكتيك وحمض السكسينيك وحمض الأديبيك والإيثانول والبيوتانول والإيزوبيوتانول وغيرها. يمكن بعد ذلك توليفها بشكل أكبر في مواد قابلة للتحلل الحيوي مثل استرات بولي هيدروكسي ألكانوات (PHA) ، وحمض polylactic (PLA) ، وسكسينات البولي بوتيلين (PBS) ، والتي لها آفاق تطبيق واسعة.
توضح المسارات الملخصة أعلاه الاحتمالات المختلفة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى بوليمرات. هذه المسارات ليست ممكنة نظريًا فحسب ، بل حققت أيضًا تقدمًا كبيرًا في الأبحاث التجريبية والتطبيقات الصناعية. بيد أنه في عملية التصنيع الفعلية ، يجب النظر بصورة شاملة في عوامل مثل النضج التكنولوجي ، والجدوى الاقتصادية ، وطلب السوق ، والأثر البيئي. في المستقبل ، مع التقدم التكنولوجي المستمر وتخفيض التكاليف ، من المتوقع أن تصبح هذه المسارات طرقًا مهمة لتحقيق استخدام موارد ثاني أكسيد الكربون.
بعض المسارات ، مثل إنتاج البوليسترات والبوليوريا والبوليوريثين غير الإيزوسيانات (NIPU) ، لديها بالفعل تقنيات ناضجة نسبيًا. ومع ذلك ، قد تكون معدلات التحويل مباشرة من ثاني أكسيد الكربون محدودة.
• تكنولوجيا إنتاج البوليمرات القائمة على البولي كربونات (مثل كربونات البولي بروبلين (PPC) وكربونات البولي إيثيلين (PEC)) يتطور بسرعة ولكنه لا يزال يتطلب المزيد من البحث والتحسين لتحسين الغلة وتقليل التكاليف.
تقنيات مثل التفاعلات الكهروكيميائية وتوليف Fischer-Tropsch لها إمكانات ولكنها لا تزال في مراحل الاختبار المختبرية أو الصناعية الصغيرة وتحتاج إلى مزيد من البحث والاستثمار والتطوير والتحقق من الصحة.
• حققت تقنيات إنتاج البوليول حاليًا بعض نتائج التطبيقات الصناعية. على سبيل المثال ، نجحت بعض الشركات في تطوير مجموعة كاملة من منتجات البوليول مع ملكية فكرية مسجلة ، بما في ذلك المحفزات وعمليات التفاعل ومعدات التفاعل والتطبيقات النهائية. تستخدم هذه المنتجات على نطاق واسع في البولي يوريثان والجلود الاصطناعية والرغوة iالدنستريات. في المستقبل ، مع التقدم والابتكارات التكنولوجية المستمرة ، من المتوقع أن يشهد مسار إنتاج البوليول تطبيقات أوسع وتطورا أكبر.
يتميز ثاني أكسيد الكربون بكونه مادة خام منخفضة 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 وما إلى ذلك) وفقًا لمصادرها وأسعارها وظروف إمدادات السوق.
للبوليمرات التي تتطلب إنتاج التخمير (مثل حمض البولي اللبن (PLA) و polyhydyhyroxyalkanoate (PHA)) ، وتكاليف المواد الخام (مثل السكريات ، والكتلة الحيوية ، وما إلى ذلك) وستؤثر كفاءة عملية التخمير أيضًا على جدواها الاقتصادية.
سيؤثر حجم ومعدل نمو الطلب في السوق بشكل مباشر على الجدوى الاقتصادية لهذه التقنيات:
• مع زيادة الوعي بحماية البيئة وارتفاع الطلب على التنمية المستدامة ، يزداد الطلب على البوليمرات ذات الأساس الحيوي والقابلة للتحلل ، مما يساعد على دفع عملية تطوير التقنيات.
• مع زيادة وضوح إمكانات الوقود منخفض الكربون واستمرار السعي العالمي لتحقيق الاستدامة ، يزداد الطلب في السوق على الميثانول الأخضر باطراد. يحتوي الميثانول الأخضر على مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك وقود السيارات وخلايا الوقود والوقود البحري والإضافات العضوية والمزيد. مع استمرار تقدم تقنيات تحويل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين الأخضر وانخفاض التكاليف ، سيصبح تطبيق الميثانول الأخضر في هذه المجالات أكثر انتشارًا ، وسيستمر الطلب في السوق في النمو.
تساعد التقنيات على تقليل انبعاثات غازات الدفيئة وتقليل التلوث البلاستيكي وتعزيز إعادة تدوير الموارد وتقليل توليد النفايات. بيد أن بعض المسارات قد تنتج ملوثات أخرى أو قد يكون لها آثار بيئية محتملة.
ومن الضروري إجراء تقييم شامل للأثر البيئي ، ويجب اتخاذ التدابير المناسبة للتخفيف من أي آثار سلبية.
على الرغم من أن التقنيات لها العديد من المزايا البيئية ، إلا أنها لا تزال تواجه بعض التحديات التقنية. على سبيل المثال ، تحسين معدل تحويل CO2 وتحسين أداء مادة البوليمر لتلبية احتياجات التطبيقات المختلفة. ومع ذلك ، مع الجهود المستمرة للمؤسسات والشركات البحثية ، يتم معالجة هذه التحديات التقنية تدريجيا. في المستقبل ، مع التقدم التكنولوجي المستمر والتطبيقات الموسعة ، من المتوقع أن تلعب التقنيات دورًا أكثر أهمية في حماية البيئة وإعادة تدوير الموارد.
باختصار ، الطرق المقترحة لتحويل CO2تمثل البوليمرات العديد من التحديات والفرص من حيث الجدوى التكنولوجية والجدوى الاقتصادية. ولتحقيق تسويق هذه التكنولوجيات ، يلزم بذل مزيد من الجهود لتعزيز البحث والتطوير وتحسين ظروف العمليات وتخفيض تكاليف الإنتاج وتحسين كفاءة الطاقة والنظر بعناية في الطلب على السوق والآثار البيئية. وفي الوقت نفسه ، ستلعب العوامل الخارجية مثل السياسات الحكومية والدعم المالي وطلب السوق دورا حاسما في تطوير هذه التقنيات.
