اگرچه دی اکسید کربن یک آلاینده کشنده است که جو را گرم می کند اما چیزی که زیاد مورد توجه قرار نگرفته این است که گاز دی اکسید کربن می تواند به عنوان یک ماده اولیه مفید و ارزشمند، در انواع فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار بگیرد. شاید اگر بتوان صنایعی را که از CO2 استفاده می کنند تشویق کرد تا استفاده از آن را افزایش دهند، میزان انتشار این گاز گلخانه ای در جو به میزان قابل توجهی کاهش پیدا کند. مراحل این عملیات شامل بیرون کشیدن CO2 از هوا یا از گازهای دودکش تاسیسات صنعتی، از طریق جذب کربن سنتی، یا خارج از هوای محیط، از طریق جذب مستقیم هوا، تغلیظ آن و استفاده به عنوان خوراک صنعتی است. در این مقاله به بررسی این کاربردها و چگونگی کاربرد دی اکسید کربن در فرایندها صنعتی می پردازیم.
انواع کاربردهای کربن دی اکسید
کاربردهای کربن دی اکسید در فرایندهای صنعتی را می توان به دو دسته “استفاده مستقیم” و ” تغییر شکل شیمیایی یا بیولوژیکی” تقسیم بندی کرد.
- استفاده مستقیم: شامل کاربرد در صنایع غذایی و تهیه نوشیدنی های کربن دار شده است.
- استفاده همراه با تغییر شکل شیمیایی و بیولوژیکی: شامل تولید سوخت های سنتزی و تولید مواد شیمیایی مختلفی مثل پلیمرها، مواد شیمیایی آلی و مواد معدنی است.
کاربردهای “بسته “
برخی از کاربردهای دی اکسید کربن، مثل ساخت سوخت های مایعی که جایگزین بنزین و گازوئیل می شوند، فقط تا زمانی که سوخت احتراق شود محبوس می ماند و پس از آن دوباره در جو آزاد می شود. بنابراین نقش چندانی در کاهش انتشار این گاز به هوا بازی نمی کند. در واقع CO2 از اتمسفر حذف نمی شود، بلکه یک بار بازیافت شده و سپس دوباره به هوا برمی گردد. در برخی کاربردهای دیگر، مثل قسمتی از فرآیند تولید سیمان، کربن برای مدت طولانی تری محبوس می شود. بتن دی اکسید کربن را به طور دائم از اتمسفر خارج نمی کند، اما به طور قابل قبولی می تواند آن را برای یک قرن یا بیشتر ذخیره کند. فرایندهای این چنینی را فرآیندهای «بسته» می‌نامند.
تهیه بتن ساختمانی
بتن ترکیبی از سیمان، آب و سنگدانه است. ظاهر فیزیکی آن شبیه پودر ریزی است که وقتی با آب مخلوط می شود، سنگدانه ها را به یک مخلوط سفت تبدیل می کند. در تهیه بتن ساختمانی در چند بخش ممکن است کربن دی اکسید مورد مصرف قرار بگیرد که برخی از آن ها عبارتند از:
- سنگدانه هایی که در بتن، آسفالت و پرکننده های ساختمانی گنجانده می شوند، می توانند با تبدیل CO2 گازی به کربنات های معدنی جامد مانند کربنات کلسیم (CaCO3)، ایجاد شوند. این فرآیند تحت عنوان “کانی سازی CO2” شناخته می شود.
- کربن دی اکسید می تواند جایگزین آب در تهیه و اختلاط بتن شود که منجر به کانی سازی مشابه می شود. به نظر می رسد بتن به دست آمده، علاوه بر صرفه جویی در مصرف آب، حتی قوی تر نیز خواهد شد.
تولید سوخت های مایع
امروزه سوخت‌های مایعی مثل بنزین، گازوئیل و انواع کمیاب‌تر آن مانند سوخت جت از پالایش هیدروکربن‌هایی که از اعماق زمین حفاری شده اند به دست می آید. اما می توان آن ها را با کربن موجود در هوا نیز تولید کرد که به آن سوخت مصنوعی گفته می شود. این «سوخت‌های مصنوعی» را می‌توان به روش‌های مختلف، از طریق فرآیندها و شیمی‌های مختلفی به دست آورد. برخی از آن ها می توانند جایگزین هر سوخت مایعی شوند. به زبان ساده، برای ایجاد این سوخت ها، ترکیبی از این سه ماده مورد نیاز است: یک مولکول مبتنی بر کربن )معمولا CO2)، هیدروژن و انرژی. انرژی برای جدا کردن اکسیژن از کربن و چسباندن کربن به هیدروژن استفاده می شود تا هیدروکربن که همان سوخت است به دست بیاید.
سوخت مایع پاک
اگر دی‌اکسید کربن از هوای محیط، الکتریسیته از انرژی‌های تجدیدپذیر، و هیدروژن از الکترولیز خورشیدی (که هیدروژن را مستقیماً از آب بیرون می‌کشد) به دست بیاید، بنابراین در فرایند تهیه سوخت حاصل، انتشار گاز گلخانه ای بسیار کم خواهد بود. این نوع سوخت های مایع تقریباً به طور قطع بزرگترین بازار بالقوه برای استفاده از CO2 هستند.
مواد شیمیایی و پلیمری
با استفاده از کاتالیزورهای مختلف، کربن دی اکسید را می توان به انواع واسطه های شیمیایی تبدیل کرد. موادی مثل متانول و اسید فرمیک که به عنوان مواد اولیه در سایر فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. CO2 همچنین می تواند توسط کاتالیزورها به پلیمر، چسب و مواد دارویی تبدیل شود. پلیمرهای مشتق از CO2 بسیار گران هستند اما با توجه به چشم انداز اتمام سوخت های فسیلی پتانسیل مناسبی خواهند داشت. در حال حاضر، تنها تعداد کمی از مواد شیمیایی به دست آمده از کربن دی اکسید، از جمله اوره و پلی کربنات پلی‌ال، در مقیاس تجاری تولید می شوند.
تولید جلبک
CO2 جذب شده از هوا را می توان برای تسریع رشد جلبک ها مورد استفاده قرار داد. جلبک می تواند به عنوان ماده اولیه غذا، سوخت های زیستی، پلاستیک ها و غیره مورد استفاده قرار بگیرد. شایان ذکر است که حدود پنج سال پیش، جلبک به‌عنوان نوعی گیاه شگفت‌انگیز شناخته می‌شد، اما امروزه بسیاری از شرکت ها شروع به تولید آن کرده اند.
تولید مواد جدید
این مورد بازار سوداگرانه تر، پیشرفته تر و مهم تری برای دی اکسید کربن است. گاز دی اکسید کربن CO2 را می توان به موادی با کارایی بالا تبدیل کرد. کامپوزیت های کربنی، الیاف کربنی و گرافن از جمله این مواد هستند.
منبع: vox
