تکنولوژی در برابر بحران محیط زیست: برنده نهایی کدام است؟

لحظه فروپاشی کوه‌های عظیم یخ در اقیانوس... نگاه سوزناک آخرین خرس‌های قطبی آواره بر تکه های یخ... کشتی‌های به گل نشسته در میان بیابان...

شاید اینها از منظر نگاه تردید‌آمیز شما تنها تصاویری رسانه‌ای با اهداف ژورنالیستی باشند؛ یا خوش‌بینانه‌تر این‌ که شاید کاملا فاجعه را درک کرده‌اید، اما لااقل آن را فعلا دغدغه‌ی خود و امثال خود نمی‌دانید.

 با وجود تلاش جامعه‌ی جهانی در قالب معاهده‌هایی نظیر توافق پاریس با هدف محدود‌سازی  روند گرمایش کره‌ی زمین به زیر ۲ درجه سانتی‌گراد، امروزه گمان می رود تحقق این چشم انداز، تنها با کاهش انتشار Co2 میسر نخواهد بود. 

همین نیاز منجر به تعریف و اشاعه‌ی شاخه‌ی جدیدی از دانش با عنوان تکنولوژی‌های انتشار منفی (Negative Emission Technologies یا به اختصار NET) از سوی مجامع بین المللی فعال در حوزه‌ی تغییرات اقلیمی شده است. به‌طور خلاصه، این دانش را می‌توان علم شناخت و معرفی روش‌های جذب و امحای دی‌اکسید کربن موجود در اتمسفر زمین معرفی کرد. حال اگر از خود می‌پرسید این‌گونه روش‌ها تا به چه اندازه ای عملی یا دارای توجیه اقتصادی هستند، باید بدانید که نه تنها هیچ‌کدام از این روش‌ها هنوز در جایی از جهان پیاده سازی نشده؛‌ بلکه حتی صحت عملکرد برخی از آنها در مقیاس بزرگتر، هنوز به‌درستی اثبات نشده است. با این حال، شاید مطالعه ادامه‌ی این نوشتار بتواند به درک و قضاوت بهتر شما در این زمینه کمک کند.

حال به شرح برخی از راهکارهای پیشنهادی به همراه فواید و معضلات احتمالی آنها می پردازیم.

این روش، بسیار ساده است؛ تا می توانیم جنگل بکاریم و جنگل های در حال مرگ را احیا کنیم.

جنگل‌ها، شش‌های کره‌ی زمین و سیستم طبیعی جذب دی‌اکسید کربن و تبدیل آن به زیست توده هستند. پس طبیعی است که به آنها به‌عنوان اولین راه‌حل در بین تکنولوژی‌های انتشار منفی نگاه کرد.

اصطلاح جنگل‌کاری (Afforestation)، به‌معنای درخت‌کاری در نقاطی است که پیش از این، درختی در آنجا وجود نداشته است و اصطلاح باز‌جنگل‌کاری (Reforestation) به‌معنای احیای درختان در نقاطی است که بافت جنگلی آنها به‌علت قطع درختان یا عوامل دیگر، در معرض خطر نابودی قرار گرفته است.

با کمک این دو روش، می توان سالیانه حدود ۳/۷ تن دی‌اکسید کربن در هر هکتار را با هزینه ای معادل ۲۰ الی ۱۰۰ دلار در ازای هر تن، جذب و ذخیره‌سازی کرد.

 این روش شامل جمع آوری دی‌اکسید کربن از محل تولید (نیروگاه‌ها و کارخانجات صنعتی)، انتقال گاز از طریق حمل و نقل یا لوله و در نهایت دفن آن در بسترهای زیر‌زمینی است.

ممکن است این ایراد را وارد کنید که روش فوق بیشتر به راهکاری پیشگیرانه شباهت دارد تا یک تکنولوژی انتشار منفی. در پاسخ باید بدانیم که هم اکنون دو سوم انرژی الکتریکی مورد نیاز جهان از منابع فسیلی تامین می شوند. به‌علاوه تقریبا منبع انتشار یک چهارم از کل دی‌اکسید کربن در جهان، صنایعی هستند که سوخت‌های فسیلی را به‌عنوان ماده‌ی اولیه خود مصرف می کنند.

مزیت اصلی این روش، هزینه‌ی اجرایی بسیار کمتر جمع‌آوری آلاینده از منبع نسبت به روش‌های دیگر است. با این حال، تعدد و پراکندگی بسیار زیاد منابع انتشار کربن در سطح جهان و عدم توجیه فنی و اقتصادی مناسب برای پیاده سازی این روش در برخی کشورهای کمتر توسعه یافته می‌تواند از موانع اصلی اجرای طرح تلقی گردد.با درنظر گرفتن نیروگاه‌ها و صنایع آلاینده به‌عنوان بخشی انکارناپذیر از اکوسیستم فعلی، دور از منطق نیست که برخی کارشناسان، روش جذب و ذخیره‌سازی کربن را در زمره‌ی تکنولوژی‌های انتشار منفی قلمداد کنند.

روشی که در حوزه‌ی تکنولوژی‌های انتشار منفی تاکنون تا حد زیادی مورد اقبال عمومی قرا گرفته است، تولید انرژی زیست‌توده به همراه جذب و ترسیب کربن (BECCS) است. این روش شامل مراحل زیر است:

•     پرورش وسیع گونه‌هایی از گیاهان و محصولات زراعی است که حین رشد، مقادیر زیادی دی‌اکسید کربن را جذب می کنند.
•     سوزاندن محصولات در نیروگاه‌های برق مجهز به فیلترهای جمع آوری کربن
•     دفن کربن جمع‌آوری‌شده در زیر زمین

مزیت اصلی روش این است که حین بهره‌برداری از زیست‌توده در نیروگاه، جذب کربن نیز انجام شده و دیگر نیاز به بازطراحی و اعمال روش جذب و ذخیره‌سازی کربن نخواهد بود.

بد نیست بدانید کارشناسانی که طی دهه‌ی اخیر مشغول ارائه‌ی سناریوهای محدود‌سازی گرمایش جهانی به زیر دو درجه‌ی سانتیگراد بودند، اکثرا همین روش را در فرضیات مدل‌سازی خود به‌کار گرفته‌اند. به‌عنوان نمونه، در آخرین گزارش ارزیابی هیئت بین‌المللی در مورد تغییرات اقلیمی که در سال ۲۰۱۴ منتشر شده بود، از میان ۱۱۶ سنارویی که شانس احتمالی را برای رسیدن به محدوده‌ی گرمایش دو درجه‌ای را داشته‌اند، ۱۱۱ سناریو بر مبنای روش‌های BECCS بوده‌اند. همچنین در ۶۷ درصد از این سناریوها عنوان شده است که تا سال ۲۱۰۰، این روش می‌تواند حداقل ۲۰ درصد از انرژی اولیه‌ی مورد‌نیاز جهان را تامین کند. مطالعه‌ای تازه‌تر نشان می‌دهد که این روش به‌صورت سالیانه می‌تواند حدود ۱۲ میلیارد تن دی‌اکسید کربن را در جهان جذب و ترسیب کند.

این روند نیز شباهت زیادی به روش قبل دارد، تفاوت در این است که در این روش ضایعات چوبی و زراعی طی فرآیند پرولایز و در محیطی با اکسیژن کم یا بدون اکسیژن، سوزانده شده و به‌نوعی زغال به نام بیوچار تبدیل می‌شوند. این ماده که به‌عنوان افزودنی به خاک افزوده می‌شود، قابلیت بالایی در جذب دی‌اکسید کربن از هوا را دارد و می‌تواند تا صدها یا هزاران سال کربن را در خود محبوس کند.

از  مزایای این محصول، کاربری چندگانه به‌عنوان کود آلی جهت افزایش باروری خاک و نگه‌دارنده‌ی رطوبت خاک است. نمونه‌ای از این کاربرد مربوط به خاک زمین سیاه (Terra preta) در برزیل است و علت نام‌گذاری آن مربوط به بیوچاری است که ۲۵۰۰ سال پیش، بومیان سرخپوست به خاک نابارور این منطقه افزودند.

از مزایای دیگر فرآیند تولید بیوچار، خلاصی از شر محصولات زراعی زائد در کنار تولید حرارت و زیست‌توده به‌عنوان محصولات جانبی فرآیند پرولایز است. این محصول، قابلیت جذب ۴/۸ میلیارد تن دی‌اکسید کربن در سال را دارد و برخلاف روش‌های پیشین، نیاز زیادی به زمین و آب ندارد.

با این‌ حال، بیوچار ماده‌ای سیاه رنگ است و استعمال آن به بهای افزایش جذب تابش خورشید توسط خاک و ایجاد گرمای بیشتر در سطح زمین خواهد بود. همچنین شواهدی وجود دارد که احتمال فرسایش تدریجی این ماده و خطر نشت تدریجی آن به آب‌های آزاد را مطرح می‌کند.

اصطلاح کربن آبی (‌Blue carbon)، به کلیه‌ی گونه‌های زیستی و غیرزیستی در محیط‌های دریایی یا ساحلی اطلاق می‌شود که قابلیت جذب و ذخیره‌سازی کربن را داشته باشند. از جمله این گونه‌ها می توان به مرداب‌های نمکی، گیاهان دریایی و گیاهان خانواده شاه‌پسند اشاره کرد. این گونه‌ها نقش یک سیستم دفاعی طبیعی را در برابر تغییرات اقلیمی ایفا می‌کنند، به‌این‌صورت که دی‌اکسید کربن را (حتی با سرعتی بیشتر از گونه‌های خاکی) از هوا جذب کرده و آن را در برگ، ساقه و نیز خاک بستر خود ذخیره می‌کنند. هم‌اکنون نزدیک به یک‌سوم از تالاب‌ها و مناطق ساحلی در جهان به‌علت فعالیت‌های اقتصادی بشر نظیر ساخت‌وسازهای مسکونی و احداث بندرگاه‌ها نابود شده است و این قضیه، عرصه را برای حیات ذخایر کربنی تنگ کرده است.

معماران، در آغاز راه استفاده از مصالح طبیعی در طراحی‌های نوین خود هستند. در سال ۲۰۱۵، تعداد هفت خانه‌ی شهری ساخته شده از کاه، در شهر بریستول انگلستان رونمایی شد، اما هنوز موانع بزرگی نظیر کمبود سرمایه‌گذاری، استاندارد و تخصص لازم بر سر راه توسعه‌ی کاربری این محصولات در مقیاس‌های بزرگ وجود دارد.

زمانی که دی‌اکسید کربن در آب حل می‌شود، اسید کربنیک تولید می‌شود. حالا می‌توانید علت افزایش بی‌سابقه‌ی اسیدیته‌ی آب اقیانوس‌ها را همزمان با افزایش غلظت دی‌اکسید کربن در اتمسفر درک کنید. برای میلیون‌ها سال، اقیانوس‌ها نقش موثری در کنترل حجم کربن موجود در اتمسفر داشته‌اند. در حالت طبیعی، دی‌اکسید کربن حلالیت‌پذیری قابل توجهی در آب‌های آزاد ندارد؛ ولی این مورد را می‌توان با افزایش عمدی خاصیت قلیایی آب اصلاح کرد. این موضوع انگیزه‌ی متخصصین را در مطالعه‌ی روش‌هایی نظیر انحلال مقادیر زیادی آهک در اقیانوس‌ها به‌صورت گسترده یا  اسپری کردن مواد قلیایی قوی در میان ابرها با هدف تولید باران‌های قلیایی تقویت کرده است.

تکنولوژی جذب مستقیم از هوا یا Direct air capture) DAC) شامل مراحل مکش مستقیم هوا، جداسازی و نهایتا دفن دی‌اکسید کربن در زیر زمین (یا تبدیل آن به موادی نظیر پلاستیک یا سوخت) است. مرحله‌ی جداسازی معمولا به‌صورت عبور هوا از سطح محلولی خاص با قابلیت جذب بالای دی‌اکسید کربن است. پس از اشباع محلول، دی‌اکسید کربن حل شده با کمک حرارت بازیافت شده و محلول برای استفاده‌ی مجدد آماده می‌شود.

این تکنولوژی که با نام درخت مصنوعی نیز شناخته شده است، برخلاف رقبای طبیعی خود نیاز به فضای کمی دارد و (در صورت غلبه بر چالش‌های فنی و اقتصادی) حتی قابلیت بازجذب تمام دی‌اکسید کربن منتشر شده در طول سال را خواهد داشت.

از جمله مشکلات پیش روی جمع‌آوری دی‌اکسید کربن به روش مستقیم، غلظت کم (۰/۰۴ درصدی) این ماده در هواست که این به‌معنای نیاز به مصرف انرژی بسیار زیاد جهت تکمیل فرآیند بازیافت است. برخی شرکت‌ها هزینه‌ی اجرای این روش را حدود ۲۵ دلار در ازای جذب هر تن دی‌اکسید کربن محاسبه کرده‌اند و برخی دیگر برآورد صحیح را عددی بین ۴۰۰ الی ۱۰۰۰ دلار اعلام کرده‌اند. تنها با یک حساب سرانگشتی، جمع‌آوری سالیانه یک میلیارد تن دی‌اکسید کربن از هوا، به مجموع ظرفیت نیروگاهی با توان ۱۶ گیگاوات به صورت ۲۴ ساعته و در ۷ روز هفته نیاز خواهد داشت. واضح است تامین این حجم انرژی الکتریکی تقریبا غیرممکن است و متخصصین استفاده از انرژی حرارتی بازیافت شده از سایر فعالیت‌های صنعتی (نظیر کوره‌ی ذوب فلزات) را به‌جای استفاده مستقیم از انرژی الکتریکی در فرآیند بازیافت این تکنولوژی، پیشنهاد داده‌اند.

این همان کشت اقیانوسی یا به عبارتی جنگل‌کاری زیر آب است!

گیاهان دریایی نیز مانند گونه‌های خاکی برای فتوسنتز نیاز به دی‌اکسید کربن دارند. این امر در‌مورد گونه‌های میکروسکوپی موجود در آب نیز صادق است. ما می‌توانیم با تزریق مواد ریزمغذی نظیر آهن در آب اقیانوس‌ها، زمینه را برای رشد و نمو گونه‌هایی میکروسکوپی مانند فیتوپلانکتون‌ها فراهم کنیم. با افزایش جمعیت این موجودات و مصرف تمام دی‌اکسید کربن موجود در بستر، مازاد موردنیاز از طریق هوا تامین می‌شود. در پایان عمر این گونه‌ها، کربن ذخیره شده در ساختار آنها به‌صورت رسوب در بستر اقیانوس انباشته و برای هزاران سال حفظ می‌گردد. غیر از روش یاد شده، تزریق نیتروژن یا پمپاژ مواد مغذی از بستر اقیانوس به سطح آن نیز مکانیزم مشابهی را در افزایش رشد و نمو گونه‌های دریایی ایجاد خواهد کرد.

همچنین این روش می‌تواند موجب افزایش تولید «دی‌میتیل‌سولفید» توسط گونه‌های دریایی شود و این امر هم می تواند در اصلاح شدت بازتاب ابرها و متعاقبا کاهش نرخ افزایش دما اثرات مثبتی به ارمغان آورد.

این بار، همه چیز مطابق میل به نظر می‌رسد.

اما با وجود تمام این مزایا، هنوز با پرسش‌های مهمی در مسیر پیاده‌سازی فراگیر این ایده مواجه هستیم. چگونگی تامین این حجم عظیم از ماده‌ی ریزمغذی، هزینه‌ی اجرا، محدودیت‌های ناشی از قوانین بین‌المللی و حتی آثار غیرقابل‌پیش‌بینی ناشی از تداخل روش کشت اقیانوسی با سایر چرخه‌های طبیعی، همگی بخشی از پرسش‌های تامل‌برانگیزی هستند که اراده‌ی جامعه جهانی را در تصمیم گیری نهایی به چالش کشانده است.

اصول کار این روش هم بر مبنای دخالت انسان در بخشی از یک پروسه‌ی طبیعی به نام هوازدگی است که ابتدا آن را شرح می‌دهیم.

داستان با بارش باران آغاز می‌شود .قطران باران در مسیر نزول از آسمان، بخشی از دی‌اکسید کربن موجود در جو را جذب کرده و کمی خاصیت اسیدی می‌یابند. با شستشوی خاک یا سنگ‌ها توسط باران، به مرور اسید کرنیک موجود در آب باران با مواد معدنی موجود در خاک یا سنگ وارد واکنش شده و به بی‌کربنات‌ها تبدیل می‌شود. بی‌کربنات‌ها در مسیر جریان آب‌های جاری وارد اقیانوس‌ها شده و در بستر اقیانوس‌ها مدفون می‌شوند.

در روش مصنوعی، پروسه‌ی یادشده با تولید و توزیع سنگ‌های خردایش‌شده به‌صورت پودر تسریع شود. پودر سنگ‌ها در سطح وسیعی از مزارع کشاورزی توزیع می‌گردد. این مواد علاوه بر افزایش حاصل‌خیزی، با کمک میکروب‌های موجود در خاک، سرعت واکنش‌های هوازدگی را بالا می‌برند. همچنین این پودر را می‌توان به‌طور مستقیم بر سطح اقیانوس‌ها پاشید.برآوردها نشان می‌دهد با کمک این روش می‌توان سالیانه ۳/۷ میلیارد تن دی‌اکسید کربن را (با هزینه‌ای بین ۱۵ الی ۳۶۱ یورو در ازای هر تن)  جذب و ذخیره‌سازی کرد. به‌علت خاصیت قلیایی سنگ‌های خردایش‌شده، ورود تدریجی این مواد به آب‌های آزاد، خود اقدامی موثر در مقابله با پدیده‌ی افزایش اسیدیته‌ی آب اقیانوس‌ها محسوب می‌شود.

هوازدگی تسریع شده، یکی از موضوعات محوری در برنامه‌ی مهندسی زمین دانشگاه آکسفورد است و به‌تازگی دانشگاه شفیلد نیز از برنامه ارائه شده از سوی مرکز مقابله با تغییرات اقلیمی لورهولم به‌منظور آزمایش و توسعه‌ی تکنیک‌های هوازدگی تسریع شده با ارزش ده میلیون یورو خبر داده است.

اصول کار این روش مبتنی بر جذب دی‌اکسید کربن از هوا و ذخیره‌سازی آن در خاک بستر گیاهان است و راهکار قابل‌ارائه، اصلاح روش‌های کشت مدرن معرفی شده است.

هواداران این سازوکار بر این باورند که از زمان انقلاب صنعتی، تغییر کاربری اکوسیستم‌های طبیعی به زمین‌های زراعی فعلی، موجب آزاد‌سازی و انتشار ۵۰ الی ۱۰۰ میلیارد تن کربن دفن‌شده در فضای اتمسفر شده است که دلیل آن کاهش حجم ریشه و بقایای گیاهان موجود در خاک و فرسایش شدید خاک در ازای افزایش بازدهی تولید محصولات زراعی است. این در حالیست که احیای مجدد مراتع طبیعی، تالاب‌ها و دریاچه‌ها می‌تواند بخش عظیمی از این کربن آزاد شده را به خاک برگرداند.

در ابتدای سال، گروهی از پژوهشگران با انتشار مقاله‌ای، امکان افزایش تولید گوشت را در برزیل همزمان با کاهش انتشار کربن (از طریق روش ترسیب کربن در خاک) مورد بررسی قرار دادند:

در بیشتر چراگاه‌ها، گونه‌ای از گیاهان استوایی با نام Brachiaria کشت می‌شود، گونه‌ی یاد شده قابلیت ویژه‌ای در جذب دی‌اکسید کربن از هوا و ذخیره کردن آن در ریشه‌های خود دارد. مطالعات نشان می‌دهد درصورت مدیریت صحیح، از این مراتع می‌توان به‌عنوان روشی برای ذخیره کردن کربن در خاک بهره گرفت. همزمان با رشد تقاضا برای گوشت، دامداران میزان استفاده از گیاهان موجود در مراتع خود بالاتر خواهند برد و این قضیه به نوبه‌ی خود منجر به ذخیره‌ی بیشتر کربن در خاک می شود. واضح است که تقاضای کمتر، اثری معکوس در پی خواهد داشت.

با این حال هنوز تردید‌هایی در مورد میزان مؤثر بودن این روش وجود دارد؛ آن هم در شرایطی که بسیاری از مناطق دنیا با بحران گرمای بی‌سابقه و کم‌آبی شدید مواجه شده‌اند.

یکی از جدیدترین روش‌های نوظهور در حوزه‌ی تکنولوژی‌های انتشار منفی، جذب دی‌اکسید کربن هوا به‌صورت الکترو ژئو شیمیایی است که علاوه بر کارکرد اصلی آن، دارای مزایایی نظیر تولید سوخت پاک (هیدروژن) و نیز دیگر فرآورده‌های جانبی قلیایی به منظور کاهش اسیدیته‌ی آب اقیانوس‌ها است.

نتایج مطالعات تازه‌ای که در ۲۵ ژوئن ۲۰۱۸ در مقاله‌ای از سوی مجله Nature Climate Change منتشر شده است، به ارزیابی مزایای فنی و اقتصادی این روش پرداخته است. مدل پیشنهادی فعلی، شامل مراحل ذیل است:

• الکترولیز آب‌های شور با استفاده از انرژی منابع پاک و تجدیدپذیر (نظیر خورشیدی، بادی و غیره) با هدف استخراج اکسیژن و هیدروژن
• واکنش محصولات الکترولیز با مواد معدنی رایج (نظیر کربنات‌ها و سیلیکات‌ها) با هدف تولید محلول‌های شیمیایی با قابلیت بالا در جذب و انحلال دی‌اکسید کربن هوا
• جذب دی‌اکسید کربن هوا توسط محلول و تبدیل آن به محلول بی‌کربنات (ماده‌ای معدنی فراوان در آب اقیانوس با خاصیت قلیایی بالا)

کلام آخر:این تکنولوژی علاوه بر عملکرد موفقیت‌آمیز در بازجذب دی‌اکسید کربن موجود در هوا با بازدهی بالاتر و احتمال آلودگی کمتر نسبت به روش تولید انرژی زیست‌توده به همراه جذب و ترسیب کربن، خاصیت قلیایی آب را نیز افزایش می‌دهد که این به نوبه‌ی خود، گام مؤثری در جهت مقابله با تهدید ناشی از افزایش بی‌رویه‌ی اسیدیته‌ی آب اقیانوس‌ها محسوب خواهد شد. هرچند روش BECCS به خاطر وجود زیرساخت‌های تولید انرژی زیست‌توده از لحاظ اجرایی یک گام جلوتر است و نیز به‌دلیل تولید مستقیم برق به جای سوخت هیدروژن درحال‌حاضر مقبولیت بالاتری دارد.

در این نوشتار به چکیده‌ای از ۱۲ سازوکار مطرح در زمینه‌ی تکنولوژی‌های انتشار منفی با هدف مقابله با بحران محیط زیست اشاره شد. مطالعه‌ی راهکارهای ارائه‌شده، یک نکته‌ی ظریف اما مهم را برای ما آشکار می‌سازد و آن عمق پیچیدگی و درهم‌تنیدگی تمامی اجزای سیستمی است که قصد بهبود آن را داریم. با درنظرگرفتن تمامی این ابعاد، شاید شما هم به این نکته پی برده باشید که درحال‌حاضر یک راهکار منحصربه‌فرد برای مواجهه با بحران فعلی وجود ندارد. شاید دلیل این امر، تجربه‌ی اندک ما در فرصت تعامل و شناخت اکوسیستمی چند میلیون ساله است.

نظر شما همراهان زومیت در مورد راهکارهای مطرح شده چیست؟