วิธีดึงคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากน้ำทะเล

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ความเป็นไปได้ในการกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยตรงจากน้ำทะเลกลายเป็นความเป็นไปได้อีกทางหนึ่งในการลดการปล่อย CO 2ซึ่งอาจนำไปสู่การปล่อยก๊าซสุทธิโดยรวมในสักวันหนึ่ง แต่เช่นเดียวกับระบบดักจับอากาศ แนวคิดนี้ยังไม่ได้นำไปสู่การใช้อย่างแพร่หลาย แม้ว่าจะมีบริษัทไม่กี่แห่งที่พยายามเข้ามาในพื้นที่นี้ ตอนนี้ ทีมนักวิจัยของ MIT กล่าวว่าพวกเขาอาจค้นพบกุญแจสู่กลไกการกำจัดที่มีประสิทธิภาพอย่างแท้จริงและราคาไม่แพง การค้นพบนี้ได้รับการรายงานในวารสารEnergy and Environmental Scienceในสัปดาห์นี้ ในรายงานของศาสตราจารย์ MIT T. Alan Hatton และ Kripa Varanasi, postdoc Seoni Kim และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Michael Nitzsche, Simon Rufer และ Jack Lake วิธีการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่เดิมจากน้ำทะเลใช้แรงดันไฟฟ้าข้ามชั้นเมมเบรนเพื่อทำให้กระแสอาหารเป็นกรดโดยการแยกน้ำออก สิ่งนี้จะเปลี่ยนไบคาร์บอเนตในน้ำให้เป็นโมเลกุลของ CO 2ซึ่งสามารถกำจัดออกได้ภายใต้สุญญากาศ Hatton ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีของ Ralph Landau ตั้งข้อสังเกตว่าเมมเบรนมีราคาแพง และต้องใช้สารเคมีเพื่อขับเคลื่อนปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดโดยรวมที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งของสแต็ก ซึ่งเพิ่มค่าใช้จ่ายและความซับซ้อนของกระบวนการ "เราต้องการหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการเติมสารเคมีเข้าไปในเซลล์ครึ่งเซลล์ขั้วบวกและขั้วลบ และหลีกเลี่ยงการใช้เยื่อหุ้มเซลล์หากเป็นไปได้" เขากล่าว ทีมงานได้คิดค้นกระบวนการที่ผันกลับได้ซึ่งประกอบด้วยเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ปราศจากเมมเบรน อิเล็กโทรดปฏิกิริยาใช้เพื่อปล่อยโปรตอนไปยังน้ำทะเลที่ป้อนเข้าสู่เซลล์ ขับปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายอยู่ในน้ำ กระบวนการนี้เป็นแบบวนรอบ: ขั้นแรกทำให้น้ำเป็นกรดเพื่อเปลี่ยนไบคาร์บอเนตอนินทรีย์ที่ละลายเป็นโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งจะถูกรวบรวมเป็นก๊าซภายใต้สุญญากาศ จากนั้นน้ำจะถูกป้อนให้กับเซลล์ชุดที่สองด้วยแรงดันย้อนกลับ เพื่อนำโปรตอนกลับคืนมาและเปลี่ยนน้ำที่เป็นกรดให้กลับเป็นด่างก่อนที่จะปล่อยกลับสู่ทะเล บทบาทของเซลล์ทั้งสองจะกลับกันเป็นระยะเมื่ออิเล็กโทรดชุดหนึ่งหมดโปรตอน (ระหว่างการทำให้เป็นกรด) และอีกชุดหนึ่งถูกสร้างขึ้นใหม่ระหว่างการทำให้เป็นด่าง การกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และการนำน้ำอัลคาไลน์กลับเข้าไปใหม่อาจค่อยๆ เริ่มย้อนกลับ อย่างน้อยก็ในระดับท้องถิ่น ความเป็นกรดของมหาสมุทรที่เกิดจากการสะสมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งในทางกลับกันได้คุกคามแนวปะการังและหอย ศาสตราจารย์จากพาราณสีกล่าว วิศวกรรมเครื่องกล การนำน้ำอัลคาไลน์กลับคืนสามารถทำได้ผ่านทางจ่ายน้ำที่กระจายออกไปหรือไกลออกไปนอกชายฝั่ง เพื่อหลีกเลี่ยงค่าความเป็นด่างในท้องถิ่นที่อาจทำลายระบบนิเวศ "เราจะไม่สามารถจัดการกับการปล่อยมลพิษของดาวเคราะห์ทั้งดวงได้" พาราณสีกล่าว แต่ในบางกรณี การกำจัดซ้ำอาจทำได้ในสถานที่ต่างๆ เช่น ฟาร์มเลี้ยงปลา ซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้น้ำเป็นกรด ดังนั้นนี่อาจเป็นวิธีที่ช่วยต่อต้านผลกระทบดังกล่าวได้ เมื่อนำคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากน้ำแล้ว ก็ยังจำเป็นต้องกำจัดทิ้ง เช่นเดียวกับกระบวนการกำจัดคาร์บอนอื่นๆ ตัวอย่างเช่น สามารถฝังอยู่ในชั้นหินลึกใต้พื้นทะเล หรือสามารถเปลี่ยนทางเคมีเป็นสารประกอบ เช่น เอทานอล ซึ่งสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในการขนส่ง หรือเป็นสารเคมีพิเศษอื่นๆ "คุณสามารถพิจารณาใช้ CO 2 ที่จับ ได้มาเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตสารเคมีหรือวัสดุได้อย่างแน่นอน แต่คุณจะไม่สามารถใช้ทั้งหมดเป็นวัตถุดิบตั้งต้นได้" Hatton กล่าว "คุณจะไม่มีตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่คุณผลิต ดังนั้นไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้น CO 2 ที่จับได้จำนวนมาก จะต้องถูกฝังไว้ใต้ดิน" อย่างน้อยในขั้นต้น แนวคิดจะเป็นการจับคู่ระบบดังกล่าวกับโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่หรือที่วางแผนไว้ซึ่งดำเนินการกับน้ำทะเลอยู่แล้ว เช่น โรงกลั่นน้ำทะเล "ระบบนี้สามารถปรับขนาดได้เพื่อให้เราสามารถรวมเข้ากับกระบวนการที่มีอยู่ซึ่งกำลังประมวลผลน้ำทะเลหรือสัมผัสกับน้ำทะเล" พาราณสีกล่าว ที่นั่น การกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อาจเป็นส่วนเสริมง่ายๆ ของกระบวนการที่มีอยู่ ซึ่งได้คืนน้ำจำนวนมหาศาลสู่ทะเลแล้ว และไม่ต้องใช้วัสดุสิ้นเปลือง เช่น สารเติมแต่งทางเคมีหรือเมมเบรน "ด้วยเครื่องแยกเกลือออกจากน้ำทะเล คุณได้สูบน้ำทั้งหมดแล้ว ดังนั้นทำไมไม่ลองตั้งตำแหน่งร่วมกันที่นั่นล่ะ" พาราณสีกล่าวว่า. "ต้นทุนทุนจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับวิธีที่คุณเคลื่อนย้ายน้ำ และการอนุญาต ทั้งหมดนี้สามารถจัดการได้อยู่แล้ว" ระบบนี้ยังสามารถนำไปใช้กับเรือที่จะแปรรูปน้ำขณะเดินทาง เพื่อช่วยบรรเทาผลกระทบที่สำคัญของการสัญจรทางเรือต่อการปล่อยมลพิษโดยรวม มีคำสั่งระหว่างประเทศอยู่แล้วในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก และ "นี่อาจช่วยให้บริษัทเดินเรือสามารถชดเชยการปล่อยก๊าซบางส่วนได้ และเปลี่ยนเรือให้กลายเป็นเครื่องกำจัดขยะในมหาสมุทร" พาราณสีกล่าว ระบบนี้ยังสามารถนำไปใช้ในสถานที่ต่างๆ เช่น แท่นขุดเจาะนอกชายฝั่ง หรือที่ฟาร์มเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ ในที่สุด อาจนำไปสู่การติดตั้งโรงงานกำจัดคาร์บอนแบบตั้งอิสระที่กระจายไปทั่วโลก กระบวนการนี้อาจมีประสิทธิภาพมากกว่าระบบดักจับอากาศ Hatton กล่าว เนื่องจากความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำทะเลมีมากกว่าในอากาศถึง 100 เท่า ในระบบดักจับอากาศโดยตรง อันดับแรกจำเป็นต้องดักจับและทำให้ก๊าซเข้มข้นก่อนที่จะนำกลับคืน "มหาสมุทรเป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอนขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนการดักจับได้ดำเนินการให้คุณเรียบร้อยแล้ว" เขากล่าว "ไม่มีขั้นตอนการจับ มีแต่ปล่อย" นั่นหมายถึงปริมาณของวัสดุที่ต้องจัดการมีขนาดเล็กลงมาก ซึ่งอาจทำให้กระบวนการทั้งหมดง่ายขึ้น และลดข้อกำหนดด้านรอยเท้า การวิจัยยังคงดำเนินต่อไปโดยมีเป้าหมายหนึ่งคือการค้นหาทางเลือกอื่นนอกเหนือจากขั้นตอนปัจจุบันที่ต้องใช้สุญญากาศเพื่อกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ที่แยกออกจากน้ำ ความต้องการอีกประการหนึ่งคือการระบุกลยุทธ์ในการดำเนินงานเพื่อป้องกันการตกตะกอนของแร่ธาตุที่อาจทำให้ขั้วไฟฟ้าในเซลล์อัลคาลิไนเซชันสกปรก ซึ่งเป็นปัญหาโดยธรรมชาติที่ลดประสิทธิภาพโดยรวมในแนวทางที่รายงานทั้งหมด Hatton ตั้งข้อสังเกตว่ามีความคืบหน้าที่สำคัญในประเด็นเหล่านี้ แต่ก็ยังเร็วเกินไปที่จะรายงานเกี่ยวกับปัญหาเหล่านี้ ทีมงานคาดหวังว่าระบบจะพร้อมสำหรับโครงการสาธิตการใช้งานจริงภายในเวลาประมาณสองปี "ปัญหาคาร์บอนไดออกไซด์เป็นปัญหาที่กำหนดชีวิตของเรา การดำรงอยู่ของเรา" พาราณสีกล่าว "เห็นได้ชัดว่าเราต้องการความช่วยเหลือทั้งหมดที่เราสามารถทำได้"