תַקצִיר
בתוך פני השטח של כדור הארץ ישנם מיליארדי טונות של סלעים המכילים מינרלים שמגיבים עם פחמן דו-חמצני (CO2) – גז חממה בעל השלכות מזיקות על אקלים כדור הארץ. המינרלים האלה מגיבים עם פחמן דו-חמצני באוויר במהלך אלפי שנים, ובכך ממירים את הגז למינרלים פחמתיים חדשים המאוחסנים באופן קבוע כמוצקים. כיום, כשהאנושות מפתחת פתרונות במטרה להילחם בהשפעות המזיקות של עודף פחמן דו-חמצני באטמוספרה, התהליכים שמתרחשים על ידי המינרלים הריאקטיביים האלה יכולים לייצר הזדמנות יקרת-ערך. אחד האתגרים הוא האצת התגובות כך שיתרחשו בתוך ימים (או שבועות), במקום במשך אלפי שנים. פתרונות אקלים כאלה הם עדיין חדשים, ונדרשים מוחות צעירים ונלהבים נוספים כדי לקדמם, כך שהאקלים שלנו יתאים גם עבור הדורות הבאים!
מדוע פחמן דו-חמצני מזיק, ומה ניתן לעשות בעניין?
מאז שנות ה-80 המאוחרות של המאה ה-19, השתמשנו בדלקי מאובנים כמקור האנרגיה העיקרי שלנו. דלקי מאובנים כוללים פחם, נפט וגז טבעי. אומנם דלקים אלה מספקים לנו הרבה אנרגיה, אך בד בבד כמוּתם מוגבלת, והם פולטים פחמן דו-חמצני כשאנו שורפים אותם. שחרור פחמן דו-חמצני לאטמוספרה גורם לשינויים בלתי רצויים באקלים כדור הארץ.
ישנן כמה דרכים להפחית את כמות הפחמן הדו-חמצני שנפלטת לאטמוספרה של כדור הארץ. גישה אחת היא החלפת אנרגיה של דלקי מאובנים באנרגיה מתחדשת, כמו אנרגיית שמש ואנרגיית רוח, אשר אינן פולטות פחמן דו-חמצני. גישה אחרת היא להשתמש בטכנולוגיות יעילות אנרגטית שדורשות פחות אנרגיה, כמו למשל רכבים חשמליים ונורות לֵד. אולם, חלק מפליטות הפחמן הדו-חמצני הן בלתי נמנעות וזכו לכינוי ''פליטות שקשה להימנע מהן''. הן שכיחוֹת בתהליכים תעשייתיים, כמו אלה שמייצרים מֶלֶט, ברזל ופלדה. מאחר שמוצרים אלה הכרחיים לבניית כבישים, גשרים ובניינים, חשוב למצוא דרכים להימנע מהפליטות שנגרמות עקב ייצורם. זה המקום שבו לכידת פחמן נכנסת לתמונה!
לכידת פחמן פועלת בדיוק כפי שהיא נשמעת: טכנולוגיות ש''לוכדות'' פחמן דו-חמצני ממקורות פליטה. ישנן מגוון דרכים שבהן ניתן ללכוד פחמן דו-חמצני. גישה אחת נקראת מינרליזציה של פחמן, שבה פחמן דו חמצני מגיב עם מינרלים מסוימים כדי ליצור מינרלים חדשים, שנקראים פחמתיים.
מהם מינרלים פחמתיים?
ככל הנראה כבר ראיתם מינרלים רבים מסוג זה, מאחר שהם אבני הבניין של דברים כמו צדפות, גיר ובטון. שלוש הדוגמאות האלה מכילות סידן פחמתי (CaCO3), שנקרא גם אבן סיד. הרעיון של מינרליזציה של פחמן מבוסס על תהליך טבעי שנקרא בליית מינרלים, שבו מינרלים מסוימים מגיבים עם פחמן דו-חמצני באוויר, ויוצרים מינרלים פחמתיים לבנים כמו אלה שנמצאים בצוקים הלבנים של עיר הנמל דּוֹבֵר באנגליה (איור 1). התהליך הזה מתרחש על פני אלפי שנים, אולם אם היה ניתן להאיץ אותו כך שיתרחש במשך שעות או ימים, יכולנו להשתמש בגישה זו כדי ללכוד פחמן דו-חמצני ולאחסן אותו!
- איור 1 - מינרלים פחמתיים.
- ייתכן שכבר ראיתם מינרלים פחמתיים בלי שידעתם זאת. סידן פחמתי מרכיב צדפות, גיר ואפילו את הצוקים הלבנים של דּוֹבֵר שמוצגים באיור. חומרים פחמתיים יכולים להיווצר במגוון דרכים, שכולן מְעָרְבוֹת אינטראקציות עם סידן ופחמן דו-חמצני שמומס בתוך המים.
כיצד פועלת מינרליזציה של פחמן?
הרעיון של גז שמשתנה למוצק עשוי להיראות מוזר, אך הוא מתרחש במגוון דרכים שאנו נתקלים בהן מִדֵּי יום. החלודה הכתומה שמופיעה על פריטים מתכתיים כמו מכוניות ואופניים נוצרת כאשר ברזל נרטב ומגיב עם חמצן באוויר. הכְּפוֹר שאנו רואים על החלון בחורף הוא תוצר של אדי מים באוויר חם ולח, שנוגעים בפני השטח של הזכוכית הקרה. במקרה של מינרליזציה של פחמן, כאשר מינרלים ריאקטיביים מסוימים נרטבים ובאים במגע עם פחמן דו-חמצני, הם מגיבים ויוצרים חומרים פחמתיים שמאחסנים באופן קבוע פחמן דו-חמצני, ושומרים אותו מחוץ לאטמוספרה במשך אלפי שנים.
המינרלים הריאקטיביים שמשמשים למינרליזציה של פחמן צריכים להכיל כמויות גדולות של סידן או מגנזיום. ניתן למצוא אותם באופן טבעי בבסלעים אוּלְטְרָה-מָאפִיים, שנמצאים בכדור הארץ בקנה מידה של עד מאות מיליארדי טונות. מינרלים ריאקטיביים ניתן למצוא גם בפסולת מהתעשייה וכתוצר של תהליכי כּרייה. כאשר חומרים חשובים מיוצרים – כמו ברזל, פלדה או מלט; או נִכְרִים – כמו יהלומים, ניקל, או נחושת, מיוצרת אשפה שממוקמת בערמוֹת ליד מתקן הייצור. מרבּית הפסולת הזו עשירה בסידן או במגנזיום.
פחמן דו-חמצני אף הוא גז פסולת באטמוספרה. גז לוכד-חום זה שוחרר לאוויר בתור תוצר פסולת של בעירה מאז שהַתַּרְבּוּת האנושית החלה להשתמש בדלקי מאובנים. באמצעות מינרליזציה של פחמן, סלעים אולטרה-מאפיים ופסולת מתעשייה או מכרייה יכולים להגיב עם פסולת הפחמן הדו-חמצני שנמצאת באוויר. תגובה זו מייצרת מינרלים פחמתיים, שמסייעים להסיר פחמן דו-חמצני מהאוויר ולמנוע ממנו להצטבר בכמויות עודפות. תהליך זה של ניהול פסולת מודגם באיור 2.
- איור 2 - מינרליזציה של פחמן משלבת שתי צורות פסולת ליצירת חומרים פחמתיים חדשים.
- כאשר מיוצרים חומרים יקרי-ערך כמו ברזל, פלדה ומלט, או נִכְרִים, כמו יהלומים, ניקל ונחושת, מיוצרת פסולת מוצקה שלעיתים קרובות עשירה בסידן או במגנזיום. אותם תהליכים שבמסגרתם מייצרים את החומרים יקרי-הערך האלה או כּוֹרִים אותם, לעיתים קרובות מייצרים גם פחמן דו-חמצני בתור פסולת שנפלטת לאטמוספרה. כפי שמוצג באיור הזה, ניתן לשלב את פסולת הפחמן הדו-חמצני עם פסולת מוצקה כדי לייצר חומרים פחמתיים חדשים.
מה ניתן לעשות עם התוצרים הפחמתיים?
התהליך של שימוש במוצרים שיוצרו ממינרליזציה של פחמן ידוע בתור ניצול פחמן דו-חמצני. מינרליזציה של פחמן יכולה להיות יקרה, ולכן על ידי מכירה של מוצרים פחמתיים ניתן להרוויח כסף כך שהתהליך יהיה נגישׁ יותר כלכלית. כמו כן, אם אפשר יהיה לנתב את המוצרים הפחמתיים לחומרי בניין כמו מלט, חומרי הבניין החדשים האלה יוכלו להחליף את חומרי הבניין הנוכחיים, שפולטים פחמן דו-חמצני בעת ייצורם, כך שניצול פחמן דו-חמצני יוכל באופן פוטנציאלי למנוע טונות של פליטות פחמן דו-חמצני!
בואו נסתכל על בטון כדוגמה. בטון נוצר משילוב של מלט, אַגְרֵגָטִים ומים (איור 3).
- איור 3 - תהליך יצירת בטון.
- בטון מיוצר ממלט, מים ואגרגטים. אגרגטים הם חלקיקים בגדלים שונים, כמו חצץ או חול, המספקים לבטון נפח ויציבות. מלט מתפקד בתור דבק שקושר את האגרגטים יחד. מים מוּסָפִים כדי לאפשר לבטון להתערבב היטב לפני שהוא מתקשה.
ייצור מלט מייצר הרבה פחמן דו-חמצני – הוא אחראי ל-8% מכל פליטות הפחמן הדו-חמצני של האנושות! חוקרים מנסים למצוא דרכים להפחית פליטות שקשורות למלט על ידי הפחתת כמות המלט שמשמשת בבטון, או על ידי שינוי האופן שבו מלט מיוצר. שינויים מוצלחים בתעשיית המלט יכולים להשפיע לטובה על כמות הפחמן הדו-חמצני שנפלטת לאטמוספרה שלנו! חלק מֵהַחֲבָרוֹת משתמשות במינרלים פחמתיים במטרה ליצור אגרגטים עבור בטון, שהם שימושיים יותר מאגרגטים רגילים. חלקן מצאו דרך להזריק פחמן דו-חמצני ישירות לבטון רטוב, שם הוא מגיב וגורם לבטון להפוך חזק עוד יותר ברגע שהוא מתייבש. חברות אחרות מפגינות יצירתיוּת על ידי שימוש במקורות שונים של סידן (כמו פסולת תעשייתית) בתור מלט חדש בבטון שלהן.
ישנן חברות ברחבי העולם שכבר משתמשות במינרליזציה של פחמן כדי ליצור מוצרי בניין חדשים, אך הן מתמודדות עם אתגר קשה. מרבית חומרי הבניין כיום הם זולים וקלים יחסית לשימוש, כך שהַחְלָפָתָם דורשת יצירתיוּת מסוימת. אין זה בלתי אפשרי להחליף מוצר שימושי וזול במוצר חדש; קחו טלפונים כדוגמה. לפני שפותחו מכשירי אַיְיפוֹן, השתמשנו במכשירי טלפון נייד בסיסיים שהיו פשוטים, תפקודיים וזולים. האייפוֹן נעשה פופולרי לא מאחר שהוא זול יותר מטלפון נייד פשוט, אלא מאחר שהוא מוצר טוב יותר. לכן, חומרי בניין פחמתיים חדשים צריכים להציע מאפיינים טובים יותר מחומרים שזמינים כיום, ולשחרר פחות פחמן דו-חמצני במהלך ייצורם ביחס למוצרים הנוכחיים.
עד כמה הטכנולוגיה הזו מפותחת?
לחומרי בניין שמיוצרים ממינרלים פחמתיים יש פוטנציאל גדול בהפחתת פליטות פחמן דו-חמצני בתעשיית המלט. אך כדי שהטכנולוגיה תהפוך פופולרית, צריכה עדיין להיעשות התקדמות בכמה תחומים:
- מחקר: התהליך של יצירת חומרים פחמתיים באמצעות פחמן דו-חמצני הוא עדיין יקר ומורכב, ומצריך שיפור. נדרש גם מחקר נוסף במטרה להוכיח שהמלט והבטון החדשים טובים יותר מאלה שיש לנו כיום.
- תמריצי פחמן: לממשלה ישנן דרכים לשלם לאנשים שמאחסנים פחמן דו-חמצני ובכך למנוע מגז זה לחדור לאוויר, וכן לתמרץ אחסון פחמן דו-חמצני ושימוש בו. צעדים אלה יסייעו להנגישׁ מינרליזציה של פחמן.
- רגוּלציוֹת: ישנן רגולציות מוקפדות שקובעות אֵילוּ חומרים יכולים לשמש ליצירת בטון עבור כבישים ובניינים. חלק מהרגולציות ישנות וניתן לעדכן אותן במטרה לעודד שימוש בחומרים פחמתיים חדשים. זה יהיה תלוי בשאלה אם החומרים החדשים יוכחו כיעילים.
מינרליזציה של פחמן באוקיינוס
כשם שפחמן דו-חמצני צף באוויר שלנו, כך הוא גם מומס באוקיינוסים שלנו. זה דומה לאופן שבו פחמן דו-חמצני מומס במשקאות המוגזים שאנו שותים. גז הפחמן הדו-חמצני אוהב להיות בשיווי משקל בין האוויר למים. מאחר שבמשקה סוֹדָה יש יותר פחמן דו-חמצני מאשר באוויר סביב, כשאנו פותחים בקבוק סודה, הפחמן הדו-חמצני עוזב במהירות את הבקבוק ונכנס לאוויר, כך שיוכל להגיע לשיווי משקל.
האוקיינוסים שלנו אינם מייצרים בועות כמו סודה מאחר שהפחמן הדו-חמצני כבר מצוי בשיווי משקל בין האוקיינוס לבין האוויר. על ידי הוֹסָפַת סידן ומגנזיום לאוקיינוס, הפחמן הדו-חמצני שמומס באוקיינוס יכול לעבור מינרליזציה וליצור מינרלים פחמתיים, אשר מפחיתים את הפחמן הדו-חמצני במים ומפריעים לשיווי המשקל. זה יגרום ליותר פחמן דו-חמצני לעזוב את האוויר ולהיכנס לאוקיינוס. מדענים חוקרים דרכים בטוחות להוסיף סידן ומגנזיום לאוקיינוסים כך שנוכל להשתמש במי האוקיינוסים על מנת להסיר פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה! [1].
כיצד תוכלו להיות מעורבים?
מינרליזציה של פחמן היא רק אחד מהפתרונות הרבים שנדרשים כדי לְמַתֵּן את שינויי האקלים בכדור הארץ. כל הפתרונות ידרשו סיוע מסוגי חשיבה שונים. לדוגמה, בעוד שמדענים ומהנדסים יכולים לסייע בפיתוח מינרליזציה של פחמן ושל טכנולוגיות אחרות, פוליטיקאים ועורכי דין יכולים לסייע בגיבוש מדיניויות ממשלתיות שמעודדות פתרונות אקלים, ועיתונאים יכולים לתקשר את הטכנולוגיות החדשות לציבור. נוסף על כך אנו יכולים לנסות להפחית את פליטות הפחמן על ידי שינוי הרגלי היומיום שלנו, למשל באמצעות שימוש בפחות חשמל או מַעֲבָר לנסיעות שיתופיות. שינויי אקלים צפויים להוות בעיה גדולה במשך שנים רבות קדימה, אך אם כולם יבצעו את הצעדים הנדרשים מהם במטרה לסייע במאבק, הבעיה תוכל להיפתר!
מילון מונחים
אנרגיה מתחדשת (Renewable Energy): ↑ אנרגיה שמגיעה ממקור שהשפע שלו כל כך גדול, שאי אפשר לכלותו, כמו למשל אנרגיית רוח ואנרגיה סולרית.
לכידת פחמן (Carbon Capture): ↑ טכנולוגיה שלוכדת פחמן דו-חמצני ממקורות פליטה (או ישירות מהאוויר) במטרה למנוע מפחמן דו-חמצני לגרום לשינויים באקלים כדור הארץ.
פחמתיים (Carbonates): ↑ מינרלים מוצקים שנוצרים באינטארקציות עם פחמן דו-חמצני ומים.
בליית מינרלים (Mineral Weathering): ↑ תהליך טבעי שבו סלעים ומינרלים נשברים ליצירת סלעים ומינרלים חדשים. בלייה יכולה לְעָרֵב תגובות עם פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה, מה שמוביל ליצירת חומר פחמתי.
סלע אולטרה-מאפי (Ultramafic Rock): ↑ סלעים עם כמויות גדולות יחסית של מגנזיום, מה שהופך אותם אידיאליים עבור מינרליזציה של פחמן.
ניצול פחמן דו-חמצני (CO2 Utilization): ↑ התהליך של שינוי פחמן דו-חמצני לצורה חדשה, ושימוש בו כתוצר בעל ערך.
אגרגטים (Aggregates): ↑ חומרים בלתי ריאקטיביים שמספקים לבטון נפח ויציבות, מחלקיקי חול קטנים ועד חלקיקי חצץ.
שיווי משקל (Equilibrium): ↑ איזון בין כוחות מנוגדים.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
מקורות
[1] ↑ Renforth, P., and Henderson, G. 2017. Assessing ocean alkalinity for carbon sequestration. Rev. Geophys. 55:636–74. doi: 10.1002/2016RG000533