นักวิจัยดึงคาร์บอนไดออกไซด์จากมหาสมุทรและเปลี่ยนเป็นหิน




(การรวมกันของคาร์บอนไดออกไซด์และแคลเซียมจะสร้างหินแคลเซียมคาร์บอเนตเช่น หินปูน  / Cr.ภาพ Pam Susemiehl / Getty)


ในยุคปัจจุบัน การหยุดยั้งการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ, ภาวะโลกร้อน, เหตุการณ์ความร้อนจัดและพายุที่รุนแรงขึ้น จำเป็นต้องกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซเรือนกระจกอื่นๆ ออกจากชั้นบรรยากาศ แต่มนุษย์กลับสูบฉีดคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาประมาณ 37 พันล้านเมตริกตันต่อปี ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงต้องหากลยุทธ์สำหรับการดักจับพวกมัน

หนึ่งในการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ซึ่งเป็นวิธีการใหม่ ในการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในยุคปัจจุบัน นั่นคือ การกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากมหาสมุทร และเปลี่ยนเป็นหินในขนาดมหึมาที่ไม่เป็นอันตราย
 
สำหรับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทุกๆ ตันที่เราสูบขึ้นไปในอากาศนั้น ประมาณหนึ่งในสี่ของคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกดูดซับโดยมหาสมุทรเหมือนกับเป็นฟองน้ำยักษ์ที่เป็นน้ำ โดยคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินทั้งหมดนี้ทำให้น้ำเป็นกรดและคุกคามสิ่งมีชีวิตข้างใต้ เช่น แคลเซียมคาร์บอเนตในเปลือกหอยที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลง และเพื่อหลีกเลี่ยงการคุกคามที่จะเกิดขึ้นนี้ จำเป็นจะต้องลดการปล่อยคาร์บอนลงอย่างรวดเร็ว

ทั้งนี้ นักวิทยาศาสตร์หลายคนยังเชื่อว่าการดักจับในรูปแบบคาร์บอนกัมมันต์ (active carbon capture) ซึ่งจงใจดึงคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากสิ่งแวดล้อม จะเป็นขั้นตอนที่จำเป็นในการช่วยควบคุมและอาจถึงขั้นย้อนกลับสภาพภูมิอากาศ รวมทั้งการเพิ่มขึ้นของการปล่อยมลพิษที่ก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมนับไม่ถ้วน อย่างไรก็ตาม การจับคาร์บอนที่มากพอเพื่อสร้างความแตกต่างนั้นถือเป็นงานใหญ่งานหนึ่งที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าท้าทายและมีราคาแพง

 
มหาสมุทรดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศทุกที่ที่อากาศมาบรรจบกับน้ำ ลมทำให้เกิดคลื่นและความปั่นป่วนทำให้น้ำมีโอกาสดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์มากขึ้น



หินปูนที่แปรสภาพเป็นหินอ่อนเป็นหินที่ทำจากแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นหลัก หินประเภทนี้มักก่อตัวขึ้นจากร่างกายของพืชและสัตว์ทะเล
โดยเปลือกหอยและโครงกระดูกของพวกมันสามารถเก็บรักษาไว้เป็นฟอสซิลได้ ส่วนคาร์บอนที่ถูกกักขังอยู่ในหินปูนสามารถกักเก็บไว้ได้เป็นล้านๆ
หรือแม้แต่หลายร้อยล้านปี ( Cr.ภาพ ©2008 Rookuzz (Hmm))


สำหรับวิธีการใหม่นี้ Gaurav Sant ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมและผู้อำนวยการสถาบันการจัดการคาร์บอนที่มหาวิทยาลัย California Los Angeles (UCLA) กล่าวว่า สิ่งที่กำลังวิจัยนี้อาจเป็นไปได้ในศตวรรษหน้า ในการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 10 ถึง 20 กิกะตันต่อปี โดยเริ่มตั้งแต่ปี 2050 เป็นต้นไป

โดยแนวคิดของ Sant และเพื่อนร่วมงานคือ ถ้าสามารถกำจัดคาร์บอนออกจากมหาสมุทรได้มากขึ้น น้ำก็จะดูดซับคาร์บอนจากชั้นบรรยากาศมากขึ้นด้วยเพื่อรักษาสภาวะสมดุล เนื่องจากมหาสมุทรและแหล่งน้ำขนาดใหญ่อื่นๆ สามารถกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากกว่าอากาศถึง 150 เท่า ซึ่งตอนนี้  Sant และทีมงานกำลังเสนอวิธีการใหม่ในการกำจัดคาร์บอนออกจากมหาสมุทร โดยเปลี่ยนให้เป็นหินแทน

กล่าวคือ น้ำทะเลมีแคลเซียมและแมกนีเซียมเป็นจำนวนมาก เมื่อไอออนของแคลเซียมหรือแมกนีเซียมรวมกับคาร์บอนไดออกไซด์ จะเกิดเป็นแคลไซต์หรือแมกนีไซต์ ซึ่งเป็นปฏิกิริยาเคมีคล้ายกับการสร้างเปลือกของสิ่งมีชีวิตในทะเลเช่น เปลือกหอย ปะการัง แต่ด้วยการแนะนำส่วนผสมที่สามของ Sant และทีมของเขาซึ่งก็คือ " ไฟฟ้า " ที่สามารถทำให้ปฏิกิริยานั้นเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว มีประสิทธิภาพ และอาจเป็นไปได้ในวงกว้างในที่สุด

และเมื่อนำทั้งสามสิ่งมารวมกัน จะเป็นการนำเสนอเทคโนโลยีใหม่ที่จะทำให้น้ำทะเลไหลผ่านตาข่ายที่มีประจุไฟฟ้า โดยใช้กระบวนการ electrolysis (กระบวนการแยกสลายสารที่อยู่ในสถานะของเหลว​ด้วยกระแสไฟฟ้า) เพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีที่จำเป็นในการสร้างหินคาร์บอเนต


เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสามารถสร้างจากน้ำทะเลได้


จนถึงตอนนี้ ทีมงานได้สร้างต้นแบบน้ำทะเลจำลองขนาด 1.5 x 1.5 เมตร ในขณะเดียวกัน ก็กำลังรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่สามารถกำจัดออกได้ในช่วงเวลาต่างๆ  เพื่อนำมาวิเคราะห์ประสิทธิภาพของกระบวนการและปริมาณพลังงานที่ต้องการ  นอกเหนือจากการสาธิตแนวคิดเพียงอย่างเดียวแล้ว พวกเขายังใช้แบบจำลองเพื่อกำหนดว่าตัวแปรในปฏิบัติการใดบ้างที่อาจส่งผลต่อกระบวนการ

กระบวนการนี้จะคล้ายกับโรงบำบัดน้ำเสีย แทนที่จะใช้น้ำและกรองสิ่งสกปรก แต่ใช้ไฟฟ้าเพื่อบังคับให้คาร์บอน แคลเซียม และแมกนีเซียมทำปฏิกิริยาและกลายเป็นของแข็ง จากนั้นจะได้น้ำที่ "บริสุทธิ์" และกลับสู่มหาสมุทรต่อไป

Alan Hatton วิศวกรเคมีจากสถาบันเทคโนโลยี Massachusetts Institute of Technology ซึ่งเคยทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีการดักจับคาร์บอนที่ไม่เกี่ยวข้องหลายอย่าง กล่าวว่า น้ำที่คืนกลับไปนี้จะมีความเป็นด่างมากกว่าที่เป็นอยู่เล็กน้อย ซึ่งน้ำที่เป็นด่างมากขึ้นนี้สามารถช่วยลดผลกระทบของการทำให้เป็นกรดในมหาสมุทรในบริเวณใกล้เคียงได้ นอกจากนั้น การดึงคาร์บอนออกจากน้ำทะเล ปฏิกิริยาเคมีทำให้เกิดผลพลอยได้ที่เป็นประโยชน์นั่นคือ ก๊าซไฮโดรเจนที่เป็นก๊าซธรรมชาติมาใช้เป็นพลังงานหมุนเวียน

แม้ว่าการดักจับคาร์บอนในมหาสมุทรเป็นเทคโนโลยีที่ใหม่ล่าสุด แต่ก่อนหน้าก็มีกลุ่มอื่นๆ อีกสองสามกลุ่ม ที่ทำการทดลองในลักษณะเดียวกัน เช่น โครงการโดย Halifax ซึ่งเป็นบริษัทสตาร์ทอัพ Planetary Hydrogen ที่ผลิตเชื้อเพลิงจากไฮโดรเจนและใช้ในเมือง Nova Scotia ซึ่งค่อนข้างจะประสบความสำเร็จอย่างดี

นักวิทยาศาสตร์เปลี่ยนการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นหิน
โดย Sandra Snaebjornsdottir นักธรณีวิทยาแห่งมหาวิทยาลัย Iceland
ได้แสดงแกนหินบะซอลต์ที่มีรูพรุนที่เจือด้วยวัสดุคาร์บอเนตจากกระบวนการกักเก็บคาร์บอน

อย่างไรก็ตาม ในขณะที่ทีมของ Sant Planetary Hydrogen กำลังสกัดคาร์บอนจากน้ำทะเลและกักขังไว้ในของแข็งโดยใช้กระบวนการ electrolysis และยังสร้างก๊าซไฮโดรเจนทางอ้อม แต่โครงการโดย Halifax กลับใช้กระบวนการ Hydroxide แทน ซึ่ง Hydroxide นั้นเป็นวัสดุอัลคาไลน์ที่เร่งความเร็วในกระบวนการทางธรรมชาติ

โดยหินที่ทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเพื่อสร้างคาร์บอนในรูปแบบอัลคาไลน์ ที่โดยปกติแล้วจะเกิดขึ้นในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา (ช่วงเวลาของโลกตั้งแต่โลกก่อตัวขึ้นในอดีตจนถึงปัจจุบัน) ซึ่ง Greg Rau หัวหน้านักวิจัยของบริษัทกล่าวว่า แม้ว่าทั้งสองทีมจะไม่ผ่านช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา แต่ข้อเสนอทั้งสองดูเหมือนจะมีประโยชน์ที่ดีบางประการ มากกว่าการพยายามดักจับคาร์บอนในอากาศ

แต่โครงการของ Sant ก็ยังมีข้อเสียบางประการ ซึ่งอาจทำให้เทคโนโลยีก้าวหน้าได้ยาก ซึ่งข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดน่าจะเป็นปริมาณของหินจากกระบวนการที่จะเกิดขึ้น เมื่อมีการดำเนินการในระดับที่มีความหมายมากพอที่จะส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้ เช่น การกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ 10 กิกะตันออกจากมหาสมุทร อย่างน้อยที่สุดจะให้ผลผลิตคาร์บอเนตประมาณ 20 กิกะตัน ซึ่ง Sant กล่าวว่า จะทำอย่างไรกับของแข็งเหล่านี้

นอกจากนี้ แม้ว่าของแข็งที่เป็นหินปูนจำนวนมาก ที่ผลิตได้จากดักจับในมหาสมุทรสามารถนำมาใช้ในในการก่อสร้างได้ แต่ก็ยังมีอีกเป็นตันที่มีแนวโน้มว่าจะกลับลงไปในมหาสมุทร ซึ่งอาจทำให้ระบบนิเวศทางทะเลในท้องถิ่นเสียหาย





อีกหนึ่งโครงการนำร่องของ Wallula Basalt ในรัฐวอชิงตันและ CarbFix ในไอซ์แลนด์
โดยคาร์บอนไดออกไซด์ถูกฉีดเข้าไปใต้ดิน ให้ทำปฏิกิริยากับหินบะซอลต์และน้ำเพื่อสร้างแร่ธาตุคาร์บอเนต
และเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ไว้ใต้ดินอย่างถาวร ซึ่งการดำเนินงานของ CarbFix ยังดำเนินต่อไป หลังจากโครงการทดสอบที่ประสบความสำเร็จ
Cr. American Chemical Society, Environmental Science and Technology Letters/Pacific Northwest National Laboratory



การปลูกป่าและการจัดการป่าที่มีอยู่สามารถช่วยกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากบรรยากาศได้
Cr. Dan Meyers on Unsplash




(ขอขอบคุณที่มาของข้อมูลทั้งหมดและขออนุญาตนำมา)

แสดงความคิดเห็น
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่