תַקצִיר
המשימה הגדולה ביותר של המאה הנוכחית היא הפחתת הפליטות של פחמן דו-חמצני (CO2) לאטמוספרה, במטרה להאט את שינויי האקלים. אחת מטכנולוגיות המפתח לכך היא כליאת הפחמן הדו-חמצני שנפלט מתחנות כוח וממפעלים, כדי למנוע ממנו להשפיע על האקלים. אך, כיצד אנו יכולים לאחסן את הפחמן הדו-חמצני הכלוא הזה באופן בטוח וקבוע? במאמר זה, נתאר שיטה שהודגמה באיסלנד, שבמסגרתה פחמן דו-חמצני מוזרק עמוק לאדמה והופך לאבן – דרך טבעית להתמודדות עם פליטות פחמן דו-חמצני!
פחמן דו-חמצני: גז חממה שמשנה אקלים
הפחתת פליטות גזי חממה היא אחד האתגרים הגדולים של המאה ה-21. במשך 100-50 השנים האחרונות, ממוצע הטמפרטורות בכדור הארץ עלה בקצב מהיר. חמש השנים שקדמו לשנת 2020 (מועד כתיבת המאמר) היו החמות ביותר במאות השנים האחרונות [1]. ההתחממות המהירה הזו נגרמת בעיקר כתוצאה מפעילויות אנושיות, לרבּוֹת שְׂרֵפָה של דלקי מאובנים עבור תחנות כוח, מכוניות ומטוסים. שְׂרֵפַת דלקי מאובנים משחררת גזי חממה, בעיקר פחמן דו-חמצני, שבתורם מעצימים את אפקט החממה ומובילים לעלייה בטמפרטורות.
עליית הטמפרטורות, שידועה בתור התחממות גלובלית, מעלה את כמות השׂרפות, מאיצה הִמַּסּוּת של קרחונים וגורמת לעלייה במפלס פני הים. נוסף על כך ההתחממות הגלובלית מובילה ליותר אירועי מזג אוויר חריגים, כמו למשל תקופות בצורת, סופות ומטחי גשם כבדים. הפליטות המתמשכות של גזי חממה יגרמו להתחממות נוספת של האטמוספרה ושל האוקיינוסים, מה שיוביל לשינויים קבועים באקלים כדור הארץ. אלה יגבירו את הסבירוּת להשלכות חמורות על אנשים ועל מערכות אקולוגיות.
המשימה העיקרית של המאה הזו היא להפחית פליטות פחמן דו-חמצני לאטמוספרה, במטרה לסייע בהאטת ההתחממות הגלובלית. המשמעות היא מַעֲבָר מדלקי מאובנים למקורות אנרגיה מתחדשת. כמו כן, עלינו לְשַׁמֵּר את המשאבים שלנו על כדור הארץ; לשתול עצים ולשחזר אדמה שניזוקה מפעילויות אנושיות. אולם, מֵחֵלֶק מפליטות הפחמן הדו-חמצני קשה יותר להיפטר, כמו למשל מאלה המשתחררות ממפעלי בטון ופלדה. ישנם גם מקומות שבהם אנרגיה מתחדשת אינה אפשרות, ועדיין צריך לשרוף דלקי מאובנים. כיצד ניתן למזער פליטות פחמן דו-חמצני כאלה?
דרכּוֹ של הטבע להפחית פליטות
טכנולוגיית מפתח להפחתת פליטות היא כליאת הפחמן הדו-חמצני שמיוצר על ידי תחנות כוח ומפעלים. תהליך זה מוֹנע מפחמן דו-חמצני להשתחרר לאטמוספרה, ומגביל את ההשפעות של שינויי האקלים. אולם, היכן אנו יכולים לאחסן פחמן דו-חמצני כלוא זה? כיצד ניתן להרחיק אותו בדרך בטוחה וקבועה?
באיסלנד, פותחה שיטה שלוקחת את הפחמן הדו-חמצני הכלוא והופכת אותו לאבן, עמוק בתוך האדמה. זה עשוי להישמע כמו קסם, אך זו דרכו של כדור הארץ להיפטר מעודפי פחמן דו-חמצני באטמוספרה: הטבע הופך פחמן דו-חמצני לאבן באמצעות מתכות שנמצאות בסלעים מסוימים [2]. הסלעים המיטביים לתהליך האמור הם סלעים געשיים, כמו למשל בזלת ופֶּרִידוֹטִיט, אשר מכילים מתכות רבות שנדרשות לתגובה הזו. אולם בטבע, זהו תהליך איטי – איטי מדי מכדי למנוע את ההתחממות הגלובלית שמשפיעה כיום על כדור הארץ.
פרויקט איסלנדי שנקרא Carbfix מאיץ את התהליך הטבעי הזה. הפחמן הדו-חמצני מומס במים, באותו האופן שבו מכונת סודה מייצרת מים תוססים (איור 1). המים עם הפחמן הדו-חמצני המומס מוזרמים עמוק לתוך האדמה. אם המים התוססים האלה מוזרקים לתוך סוגי הסלעים הנכונים, הסלעים משחררים מתכות שמתערבבות עם הפחמן הדו-חמצני במים, והופכות אותו לאבן. תהליך זה מסיר פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה בבטחה ובאופן קבוע, מאחר שסלעים אינם יכולים לדלוף מהאדמה.
- איור 1 - התהליך של Carbfix.
- פחמן דו-חמצני נכלא ממקור פליטה, כמו למשל תחנת כוח או מפעל. לאחר מכן הפחמן הדו-חמצני מומס במים, ממש כמו במכונת סודה. המים התוססים האלה מוזרקים עמוק לתוך האדמה, שם הם הופכים לאבן בתהליך טבעי שֶׁמְּעָרֵב מתכות המצויות בסוגים מסוימים של סלעים.
טכנולוגיה זו נמצאת בשימוש בתחנת כוח גיאותרמית בהֵלִישֶׁיְידי, איסלנד. תחנות כוח גיאותרמיות משתמשות באנרגיה משדות גיאותרמיים אשר מכילים שבריר של פחמן דו-חמצני, ובתהליך של יצירת חשמל הפחמן הדו-חמצני הזה משוחרר. הפחמן הדו-חמצני שנפלט מתחנת הכוח מומס במים במבנה שנקרא מגדל קרצוף (scrubbing tower). המים שטעונים בפחמן דו-חמצני מוזרקים לתוך האדמה באמצעות מִתְקָן שנקרא בְּאֵר הזרקה (injection well), אשר מגיעה לעומק של יותר מ-2,000 מטרים אל תוך כדור הארץ. הבזלת בעומק הזה מושלמת עבור השיטה הזו, מאחר שהיא מכילה מתכות שנדרשות להפיכת פחמן דו-חמצני לאבן. נכון לשנת 2020, כ-12,000 טונות של פחמן דו-חמצני הופכים לאבן מִדֵּי שנה במפעל הגיאותרמי בהלישיידי, במקום שישוחררו לאטמוספרה. כמות זו שוות-ערך לכמות הפליטות השנתית מכ-6,700 מכוניות [3].
בשנת 2020, תחנת הכוח בהלישיידי היית המתקן היחיד שבו הודגמה הטכנולוגיה הזו. מאז תחילת התהליך בשנת 2014 ועד 2020, הוזרקו והפכו לאבן באמצעותו כ-70,000 טונות של פחמן דו-חמצני. במסגרת תוכניות להרחבת השימוש בטכנולוגיה, התכנון לשנת 2021 היה שתהליך ה-Carbfix ייושׂם בתחנת כוח גיאותרמית נוספת באיסלנד. לצד זאת ישנן תוכניות רבות אחרות, ואפילו חדשניות יותר, להפיכת פחמן דו-חמצני לאבן בקרוב.
הֲסָרַת פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה
מדעני אקלים חזו כי עצירת פליטות חדשות של פחמן דו-חמצני לא תספיק עבור ההתמודדות עם שינויי האקלים. בעתיד, נצטרך להסיר את הפחמן הדו-חמצני שכבר נפלט לאטמוספרה [4]. ישנן כמה דרכים להֲסָרַת פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה, לרבות שתילת עצים ושחזור בריאותן של אדמות שזוהמו, או שנעשה בהן שימוש יֶתֶר במסגרת חקלאות. מאחר שאנו נדרשים להסיר הרבה פחמן דו-חמצני במהירות האפשרית, נצטרך גם להסתמך על טכנולוגיה שלוכדת פחמן דו-חמצני ישירות מהאטמוספרה. הטכנולוגיה הזו נקראת כליאת אוויר ישירה, והיא מפותחת בכמה מקומות ברחבי העולם.
הדוגמה הראשונה לטכנולוגיית כליאת אוויר ישירה, שמשולבת עם טכנולוגיית Carbfix, מצויה בשימוש באיסלנד מאז 2017. החברה Climeworks פיתחה מתקן שמסיר פחמן דו-חמצני ישירות מהאטמוספרה. המתקן שואב אוויר ומסנן החוצה פחמן דו-חמצני, שאז מומס במים, מוזרק לכדור הארץ, ונהפך לאבן [5]. מתקן זה יכול להסיר כ-50 טונות של פחמן דו-חמצני מִדֵּי שנה – כמות שהיא כמעט שְׁקוּלָה לכמות המוּסרת על ידי כ-2,000 עצים.
ניסוי זה צריך להיערך בקנה מידה רחב הרבה יותר בעתיד. באיסלנד מתוכננת בשנים הקרובות הרחבה של מתקן כליאת אוויר ישירה, מה שיסייע להגדיל את כמות הפחמן הדו-חמצני שנכלא בתוך האבן מתחת לאדמה.
עתיד הסרת פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה
כעת אתם יודעים כי הרכיבים להפיכת פחמן דו-חמצני לאבן כוללים מקור של פחמן דו-חמצני, סלעים געשיים ומים. בחלק מהמקרים, נצטרך לְשַׁנֵּעַ פחמן דו-חמצני דרך צינורות או ספינות למיקום שבו נוכל להזריק אותו לסוגי הסלעים הנכונים (איור 2). סלעים געשיים, כמו בזלת ופרידוטיט, הם שכיחים מאוד. בזלת היא סוג הסלע השכיח ביותר על פני כדור הארץ, ומכסה את מרבית קרקעית האוקיינוס וכ-5% מהיבשות (איור 3). פוטנציאל האחסון הגלובלי של כל הבזלת על פני כדור הארץ גדול יותר מפליטות הפחמן הדו-חמצני שיכלו להיות מיוצרות על ידי שׂרפת כל דלקי המאובנים על פני כדור הארץ [2]. משמעות הדבר היא שיש לנו מספיק סלעי בזלת כדי להצליח לאחסן פחמן דו-חמצניבמינרלים , שאחרת היה משפיע על האטמוספרה שלנו. אזורים מסוימים עשויים להכיל מעט מים, לכן מדענים חוקרים כעת דרכים לאספקת המים הרצויים ישירות ממאגרים תת-קרקעיים או באמצעות מי ים.
- איור 2 - שימוש עתידי ב-Carbfix.
- בעתיד, התהליך של Carbfix עשוי להיות בשימוש נרחב לכליאת פחמן דו-חמצני מתחנות כוח וממפעלים, או ישירות מהאטמוספרה, והזרקתו לתוך האדמה – הן על היבשה הן מחוץ ליבשה. איור: Chiara Marieni.
- איור 3 - מיקומים שבהם ניתן למצוא סלעים שמתאימים להפיכת פחמן דו-חמצני לאבן.
- צבע חום בהיר מצביע על האזורים הצעירים ביותר ברכסי האוקיינוס, ועל אזורים עם סלעים געשיים שמתאימים להפיכת פחמן דו-חמצני לאבן (לקוּח מ: carbfix.com/atlas).
משימה גדולה ניצבת לפנינו במונחים של כליאת פחמן דו-חמצני ואחסונו. בשנים הבאות, במטרה להגן על כדור הארץ ועל חיי אדם, עלינו לכלוא פחמן דו-חמצני ולאחסן אותו בקנה מידה נרחב הרבה יותר. יש לכלוא פחמן דו-חמצני מפליטות של מפעלים, תחנות כוח וישירות מהאטמוספרה. השאלה שנותרת היא כמה פחמן דו-חמצני נוכל להפוך לאבן, ואם הכמות הזו תספיק כדי לתרום להגנה על כדור הארץ ועל תושביו מפני ההשפעות המסוכנות של החרפת שינויי האקלים.
מילון מונחים
גזי חממה (Greenhouse Gases): ↑ גזים באטמוספרה שכולאים חום. עלייה בריכוז של גזי חממה באטמוספרה גורמת לעלייה בטמפרטורות, שמובילה לשינויי אקלים.
דלקי מאובנים (Fossil Fuels): ↑ נוצרו לפני מיליוני שנים מחומר אורגני, כמו למשל צמחים וחיות שנקברו. דלקי מאובנים כוללים פחם, גז טבעי ושמן, אך שׂרפתם משחררת פחמן דו-חמצני רב. דלקי מאובנים הם התורם הגדול ביותר לשינויי אקלים.
אפקט החממה (Greenhouse Effect): ↑ ההשפעה שיש לגזי חממה על האטמוספרה על ידי כליאת חום וחימום פני השטח של כדור הארץ.
התחממות גלובלית (Global Warming): ↑ ההתחממות שאנו חווים כתוצאה מאפקט החממה המוגבר.
שינויי אקלים (Climate Change): ↑ השינויים באקלים כדור הארץ כתוצאה מאפקט החממה המוגבר, שגורם להתחממות פני השטח של כדור הארץ.
סלעים געשיים (Volcanic Rocks): ↑ סלעים שנוצרו מלַבָּה שהתפרצה מהר געש, או ממַגְמָה שברחה מהשורשים של הרי געש, אך אינה מגיעה לפני השטח ומתמצקת מתחתיהם.
כליאת אוויר ישירה (Direct Air Capture, DAC): ↑ כליאת פחמן דו-חמצני שכבר נפלט לאטמוספרה.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
מאמר המקור
↑ Snæbjörnsdóttir, S. Ó., Sigfússon, B., Marieni, C., Goldberg, D., Gislason, S. R., and Oelkers, E. H. 2020. Carbon dioxide storage through mineral carbonation. Nat. Rev. Earth Environ. 1:90–102. doi: 10.1038/s43017-019-0011-8
מקורות
[1] ↑ NOAA National Centers for Environmental Information. 2020. State of the Climate: Global Climate Report for April 2020. Retrieved from: https://www.ncdc.noaa.gov/sotc/global/202004 (accessed June 25, 2020).
[2] ↑ Snæbjörnsdóttir, S. Ó., Sigfússon, B., Marieni, C., Goldberg, D., Gislason, S. R., and Oelkers, E. H. 2020. Carbon dioxide storage through mineral carbonation. Nat. Rev. Earth Environ. 1:90–102. doi: 10.1038/s43017-019-0011-8
[3] ↑ Todts, W. 2018. CO2 Emissions From Cars: The Facts. Brussels: European Federation for Transport and Environment AISBL.
[4] ↑ Rogelj, J., Shindell, D., Jiang, K., Fifita, S., Forster, P., Ginzburg, V., et al. 2018. Global Warming of 1.5°C. Chapter 2. Geneva: IPCC.
[5] ↑ Gutenecht, V., Snæbjörnsdóttir, S. O., Sigfússon, B., Aradóttir, E. S., and Charles, L. 2018. Creating a carbon dioxide removal solution by combining rapid mineralization of CO2 with direct air capture. Energy Proc. 146:129–34. doi: 10.1016/j.egypro.2018.07.017