مقابله با تغییرات اقلیمی به کمک یک فناوری جدید در ایسلند

ایسلند از حیث اینکه که تقریبا تمام نیاز برق خود را از انرژی‌های تجدیدپذیر تامین می‌کند، منحصر‌به‌فرد است. رودخانه‌های یخچالی ایسلند از طریق انرژی آبی حدود ۷۰ درصد برق این کشور را تامین می‌کنند و وجود حدود ۲۰۰ آتشفشان در این کشور این امکان را فراهم می‌آورد که بقیه‌ی انرژی مورد نیاز خود را از انرژی زمین‌گرمایی (ژئوترمال) تامین کند.

تراژدی مشترک

البته ایسلند همیشه یک مدل از سیستم‌های پایدار نبوده‌ است. وقتی نخستین مهاجران وارد این سرزمین شدند، شروع به از بین بردن جنگل‌های این منطقه کردند. آن‌ها همچنین با شکار بی‌رویه، گونه‌ی پنگوئن بزرگ را به انقراض کشیدند. در حال حاضر عمده‌ی درختان ایسلند از بین رفته‌اند و دیگر پنگوئن بزرگی هم در این منطقه وجود ندارد. با این حال این وضعیت، چیز عجیبی نیست. در کل تاریخ مردمی که بر اساس منافع شخصی خود عمل کرده‌اند، موجب تخریب محیط و مصرف بیش از اندازه‌ی منابع زیستی شده‌اند. این موضوع تراژدی مشترکی است که به‌صورت مکرر در تاریخ اتفاق افتاده‌ است.

امروزه نیز انسان‌ها در حال به پایان رساندن منابع سوخت‌های زیستی هستند و موجب انتشار گاز کربن‌دی‌اکسید در اتسمفر می‌شوند. اگرچه ممکن است هر کدام از استفاده‌ها به تنهایی تاثیر کمی داشته‌باشند؛ اما وقتی به‌صورت یک مجموعه در نظر گرفته‌ شوند، بسیار تاثیر‌گذار هستند. در گزارش جدید مجمع بین‌المللی تغییرات اقلیمی (IPCC)، آمده‌ است که محدود کردن میزان افزایش گرمای زمین تا ۱/۵ درجه‌ی سانتی‌گراد، نیازمند تغییرات سریع، جدید و بی‌سابقه‌ای است که باید در تمام جنبه‌های جامعه اتفاق بیفتد. اما احتمال اتفاق‌ افتادن این وضعیت به‌علت همان موضوع تراژدی مشترک چیزی نزدیک به صفر است. یکی از مواردی که می‌تواند در این زمینه کمک‌کننده باشد، این است که ما دارای تکنولوژی‌هایی باشیم که بتوانند مانع از انتشار کربن‌دی‌اکسید در هوا شوند یا این که بتوانند کربن‌دی‌اکسید هوا را بگیرند (تولید سوخت از اتمسفر).

بازیافت کربن‌دی‌اکسید

شرکت‌هایی در حال استفاده از کربن‌دی‌اکسیدی هستند که قرار بوده در اتمسفر رها شوند. یکی از این شرکت‌ها در ایسلند است. شرکت بین‌المللی بازیافت کربن (CRI) از برق و انتشار گاز کربن‌دی‌اکسید حاصل از نیروگاه‌های زمین‌گرمایی این کشور برای تولید متانول استفاده می‌کند.نام تجاری محصول آن‌ها ولکانول است. از بخار زمین‌گرمایی برای تولید برق استفاده می‌شود و این بخار هم وقتی متراکم شود تبدیل به مایع می‌شود. این بخار حاوی حدود ۲ درصد کربن‌دی‌اکسید است؛ ولی پس از اینکه آب آن جدا شد، گازهای باقیمانده حاوی حدود ۹۰ درصد کربن‌دی‌اکسید خواهد بود. هرچند کربن‌دی‌اکسید حاصل از انرژی زمین‌گرمایی بسیار کم است؛ اما اگر جلوی همین مقدار خروجی هم گرفته شود، مفید‌ است.

کربن‌دی‌اکسید را می‌توان به انواع مختلفی از محصولات تبدیل کرد هرچند این فرایندها ملزوماتی هم دارند. کربن‌دی‌اکسید مولکولی پایدار با انرژی پایین است و برای شکستن پیوندهای موجود در آن به انرژی نیاز است. برای این کار هیدروژن هم مورد نیاز است. بیشتر هیدروژن جهان از گاز طبیعی به‌دست می‌آید، اما این گاز را با عبور جریان الکتریکی از آب نیز می‌توان تولید کرد. این فرایند الکترولیز نامیده‌می‌شود و آب را به عناصر تشکیل‌دهنده‌ی آن یعنی هیدروژن و اکسیژن تجزیه خواهد کرد. در این وضعیت طبق قوانین ترمودینامیک، مقدار انرژی ورودی بیش از انرژی خروجی خواهد بود؛ اما شرایطی وجود دارد که این فرایند را می‌تواند اقتصادی کند.

برخی بر این باورند که اگر متانول وارد بازار سوخت شود، آن کربن‌دی‌اکسید در نهایت دوباره تولید خواهد‌ شد. این گفته درست است؛ ولی به‌علت اینکه کربن‌دی‌اکسید قبل از رها‌شدن در اتمسفر بازیافت می‌شود، میزان انتشار خالص حاصل از احتراق آن سوخت کم‌تر خواهد بود. علاوه بر این اگر متانول در صنایع مربوط به پلاستیک استفاده شود، کربن‌دی‌اکسید می‌تواند برای مدت طولانی‌تری نگه داشته شود.

کلید این فرایند انرژی ارزان است. در حدود ۷۰ درصد از هزینه‌های تولید در یک نیروگاه تجاری توسط هزینه‌ی انرژی تعیین می‌شود. باید مقداری محاسبه انجام دهیم تا مشخص کنیم چه قیمتی از انرژی لازم خواهد بود تا این فرایند عملی شود. یک مگاوات‌ساعت (MWh) انرژی معادل ۳/۴ میلیون واحد گرمایی بریتانیایی (Btu) است. بازده فرایند تبدیل الکتریسیته به سوخت در حدود ۵۰ درصد است. یک گالن از متانول حاوی ۵۶۸۰۰ واحد گرمایی بریتانیایی است، بنابراین یک مگاوات‌ساعت معادل تقریبا ۳۰ گالن متانول است.

بر‌اساس اطلاعات متانکس (بزرگترین تولید‌کننده‌ی متانول و یکی از سرمایه‌گذاران CRI) قیمت کنونی متانول در حدود ۱/۵۰ دلار برای هر گالن است. بنابراین یک مگاوات‌ساعت انرژی می‌تواند چیزی معادل ۴۵ دلار ارزش متانول تولید کند. اگر انرژی ۷۰ درصد کل هزینه‌ها را تشکیل دهد، هزینه‌ی سر‌به‌سر (بی سود و زیان) برای انرژی باید کمتر از حدود ۷۰ درصد از ۴۵ دلار یا ۳۱/۵ دلار در هر مگاوات ساعت برسد. بر اساس سازمان اطلاعات انرژی، هزینه‌ی سطح‌بندی شده (LCOE) برای انرژی زمین‌گرمایی چیزی در حدود ۵۰ دلار بر مگاوات‌ساعت است.

طبق برنامه قرار است انرژی سلول‌های خورشیدی در چند سال آینده به این سطح برسند و هزینه‌های انرژی باد قرار است که تا سال ۲۰۲۵ در برخی از مناطق به حد ۲۳ دلار بر مگاوات‌ساعت کاهش پیدا کند. در حال حاضر هم در مواقعی کشورهایی نظیر آلمان و ایالت‌هایی همچون کالیفرنیا چنان مقدار اضافی از انرژی تولید می‌کنند که در نهایت قیمت آن انرژی به زیر صفر می‌رسد.

در چنین مواردی آن انرژی اضافه می‌تواند به سمت تولید و ذخیره‌ی هیدروژن هدایت شود. علاوه بر این، این امر هیچ سهمی در افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای ندارد. اگر ما ارزش اقتصادی میزان انتشار خالص گازی کمتر این سوخت را در نظر بگیریم، اقتصاد بهبود می‌یابد. همچنین اگر درمورد متانول راهکارهایی نظیر آنچه در مورد اتانول سلولزی برای کاهش انتشارات گازهای گلخانه‌ای انجام می‌شود، اعمال شود، ارزش متانول تولید‌شده از هر مگاوات‌ساعت انرژی به بیش از دو برابر می‌رسد.

نیروگاه زمین‌گرمایی در ایسلند

کارخانه‌ای در حال بهره‌برداری

نکته‌ی مهم در مورد فرایند فوق این است که یک تئوری صرف نیست و تنها در مقیاس آزمایشگاهی انجام نمی‌شود. شرکت CRI، کارخانه‌ی در حال فعالیتی با ظرفیتی در حدود ۴ هزار تن متانول در هر سال دارد . این کارخانه در نزدیکی نیروگاه اسواتسنگی واقع شده‌است که ۱۵۰ مگاوات از انرژی گرمایی برای بخش گرمایی و ۷۵ مگاوات انرژی برای بخش الکتریکی تولید می‌کند. نیروگاه انرژی هم برق تولید می‌کند و هم منبع کربن‌دی‌اکسید برای کارخانه‌ی متانول CRI است.

پروژه‌ی CRI در هر منطقه‌‌ی داری انرژی ارزان و منبعی از کربن‌دی‌اسید می‌تواند بازده داشته باشد. اگر مشوق‌های مالی برای تولید سوخت‌های تجدید‌پذیر وجود داشته باشد، این فرایند در مناطق زیادی عملیاتی می‌شود. این دقیقا نوعی از فناوری است که ما برای مبارزه با افزایش انتشار گاز کربن‌دی‌اکسید در اتمسفر به آن نیاز داریم.