برجهای جذب کربن کلیمورکز، سازههای نوآورانهای هستند که برای جذب مستقیم دیاکسید کربن از هوای محیط طراحی شدهاند و به عنوان بخشی از فناوری جذب مستقیم هوا (DAC) عمل میکنند. برجها که شبیه به کانتینرهای فلزی مدولار به ارتفاع ۴ متر و عرض ۲ متر هستند، با استفاده از فیلترهای جامد، دیاکسید کربن را از غلظت ۰.۰۴ درصدی در هوا به گاز خالص ۹۵ درصدی تبدیل میکنند. Climeworks، پیشرو در این فناوری، برجهای خود را در مقیاسهای کوچک تا صنعتی مستقر کرده و با همکاری شرکتهایی مانند Carbfix، دیاکسید کربن جذبشده را به طور دائمی ذخیره میکند. برجهای جذب کربن کلیمورکز (Climeworks)، با مصرف انرژی نسبتاً کم و قابلیت نصب در مکانهای متنوع، راهکاری برای حذف کربن از جو ارائه میدهند و در پروژههایی مانند Orca، ظرفیت جذب هزاران تن در سال را دارند.
به گزارش ابرار صنعتی، هر برج میتواند دیاکسید کربن معادل انتشار سالانه صدها خودرو را جذب کند. این فناوری، برخلاف روشهای سنتی مانند جنگلکاری، مستقل از زمین و آب است و میتواند در مناطق خشک یا شهری نصب شود. Climeworks بیش از ۲۰ برج عملیاتی راهاندازی کرده و برجهایش را به عنوان ابزاری برای اهداف توافق پاریس معرفی نموده است.
مشخصات برجهای جذب کربن کلیمورکز
| عنوان | توضیح |
|---|---|
| نام فناوری | Direct Air Capture (DAC) – جذب مستقیم CO₂ از هوا |
| شرکت توسعهدهنده | Climeworks (سوئیس) |
| نوع برج | برجهای جذب کربن ماژولار و مقیاسپذیر |
| روش کارکرد | هوا از طریق فیلتر جذب کربن عبور میکند، CO₂ جدا شده و ذخیره یا استفاده میشود |
| کاربردها | ذخیرهسازی کربن، تولید سوختهای تجدیدپذیر، کاهش انتشار گازهای گلخانهای |
| مکانهای نصب | اروپا، ایسلند و مکانهای آزمایشی بینالمللی |
| ظرفیت | هزاران تن CO₂ در سال، بسته به اندازه و تعداد ماژولها |
معرفی شرکت Climeworks
شرکت کلیمورکز، یک استارتآپ سوئیسی است که در سال ۲۰۰۹ توسط دو مهندس مکانیک، یان وورزباخر و کریستوف گبالد تأسیس شد. این شرکت با تمرکز بر فناوری جذب مستقیم هوا (DAC)، هدف حذف صنعتی دیاکسید کربن از جو را دنبال میکند و تا کنون بیش از ۱۰۰ میلیون دلار سرمایه جذب کرده است. Climeworks با بیش از ۲۰۰ کارمند، برجهای خود را در سوئیس، ایسلند و ایالات متحده مستقر کرده و با شرکای مانند مایکروسافت و استریمه، قراردادهای حذف کربن امضا نموده است. شرکت کلیمورکز با تأکید بر نوآوری، از سال ۲۰۱۷ برج تجاری راهاندازی کرده و به عنوان رهبر بازار DAC شناخته میشود.
کلیمورکز نه تنها فناوری تولید میکند، بلکه مدل کسبوکاری مبتنی بر اشتراک حذف کربن را توسعه داده و به شرکتها اجازه میدهد ردپای خود را جبران کنند. با همکاری Carbfix در ایسلند، دیاکسید کربن را به سنگ معدنی تبدیل میکند و پایداری ۱۰۰ ساله تضمین مینماید. تا کنون، کلیمورکز بیش از ۲۰ هزار تن دیاکسید کربن حذف کرده و برنامههای مقیاسپذیری برای گیگاتنها را اعلام نموده است.
مفهوم برج جذب کربن و DAC
برج جذب کربن، سازهای مدولار است که دیاکسید کربن را از هوای محیط با استفاده از فیلترهای شیمیایی جامد جذب میکند و به عنوان هسته فناوری جذب مستقیم هوا (DAC) عمل مینماید. DAC، روشی برای حذف دیاکسید کربن از جو بدون وابستگی به منابع متمرکز مانند کارخانهها است و با پمپاژ هوا از طریق فیلترها، مولکولهای CO₂ را گیر میاندازد. این مفهوم، با باندگپ شیمیایی، دیاکسید کربن را در دمای پایین (۸۰-۱۰۰ درجه سلسیوس) آزاد کرده و برای ذخیرهسازی آماده میکند. برجهای DAC، برخلاف CCS (ذخیره کربن پس از احتراق)، کربن تاریخی را نیز حذف میکنند و برای دستیابی به خنثیسازی کربن ضروریاند. مفهوم DAC در برجهای کلیمورکز، با مواد آمینی جامد، کارایی بالایی دارد و میتواند در مقیاس کوچک (چند تن در سال) تا صنعتی (هزاران تن) عمل کند.
نحوه عملکرد برجهای جذب کربن
نحوه عملکرد برجهای جذب کربن کلیمورکز Climeworks در دو مرحله اصلی جذب و بازسازی است؛ در مرحله جذب، فنهای بزرگ هوا را از فیلترهای جامد عبور میدهند و دیاکسید کربن با مواد شیمیایی واکنش داده و گیر میافتد، در حالی که هوای پاک خارج میشود. این فرآیند، ۲۴ ساعته ادامه دارد و هر فیلتر در ۳-۴ ساعت اشباع میشود. سپس، برج به حالت بازسازی میرود، جایی که حرارت ملایم (۸۰ درجه) و خلأ کم، دیاکسید کربن را آزاد کرده و به گاز خالص تبدیل میکند. این گاز، فشرده شده و برای ذخیرهسازی آماده میشود.
عملکرد برجها با سیستمهای خودکار، راندمان ۹۰ درصدی دارد و هر واحد، دیاکسید کربن معادل ۱۵۰۰ درخت در سال جذب میکند. در برجهای بزرگ مانند Orca، ۸ برج همزمان کار میکنند و با ژئوترمال ایسلند، انرژی را تأمین مینمایند. نحوه عملکرد برجهای جذب کربن کلیمورکز، DAC را اقتصادی و مقیاسپذیر میسازد.
سلولها و فیلترهای جذب CO₂
سلولهای جذب در برجهای کلیمورکز، محفظههای آلومینیومی مدولار با فیلترهای نانوساختار هستند که مواد آمینی جامد (مانند پلیمرهای حاوی آمین) را در خود جای داده و سطح تماس با هوا را تا ۲۰۰۰ مترمربع در مترمکعب افزایش میدهند. هر سلول، ۵ مترمکعب حجم دارد و با ۱۰۰۰ فیلتر نازک (ضخامت ۰.۲ میلیمتر)، دیاکسید کربن را با گزینشپذیری ۹۹ درصدی جذب میکند. فیلترها قابل تعویض هستند و عمر ۵-۱۰ ساله دارند.
فیلترهای جذب CO₂ با واکنش شیمیایی، مولکولها را به صورت برگشتپذیر باند میکنند و در مرحله بازسازی، با حرارت و خلأ، ۹۵ درصد خلوص به دست میآید. در Orca، ۸۰۰۰ فیلتر استفاده میشود و مواد، از منابع پایدار ساخته شدهاند. این سلولها، راندمان را بهینه کرده و هزینه تعویض را ۲۰ درصد کاهش میدهند.
فرآیند استخراج و ذخیرهسازی دیاکسیدکربن
استخراج دیاکسید کربن در برجهای جذب کربن کلیمورکز با جذب از هوا آغاز میشود و پس از بازسازی، گاز خالص به کمپرسورهای چندمرحلهای میرود که آن را به ۱۰۰ بار فشرده میکند. سپس، دیاکسید کربن مایعشده به خطوط لوله منتقل شده و در ایسلند، با آب و بازالت مخلوط میشود تا به کربنات کلسیم معدنی تبدیل گردد. فرآیند کانیسازی، دیاکسید کربن را در عمق ۱۰۰۰ متری زمین ذخیره کرده و پایداری ۱۰۰ ساله تضمین مینماید.
ذخیرهسازی با همکاری Carbfix، ۹۵ درصد دیاکسید کربن را در ۲ سال معدنی میکند و هیچ نشتی ندارد. در Orca، ۴۰۰۰ تن سالانه ذخیره میشود و گاز اضافی برای سوخت مصنوعی استفاده میگردد.
انرژی مورد نیاز برجهای جذب کربن کلیمورکز
انرژی برجهای جذب کربن کلیمورکز برای هر تن دیاکسید کربن جذبشده، حدود ۱.۵ تا ۲.۵ مگاواتساعت است، که ۷۰ درصد آن حرارتی (برای بازسازی) و ۳۰ درصد الکتریکی (برای فنها) است. با استفاده از حرارت کم (۸۰-۱۰۰ درجه)، برجها با ژئوترمال یا خورشیدی کار میکنند و در ایسلند، ۱۰۰ درصد انرژی تجدیدپذیر است. هر برج، ۵۰ کیلووات برق مصرف میکند و با بهینهسازی، مصرف را ۲۰ درصد کاهش داده است.
در مقیاس بزرگ، Orca ۵ مگاوات انرژی نیاز دارد و Mammoth ۳۶ مگاوات، که با قراردادهای انرژی سبز تأمین میشود. این انرژی، هزینه را به ۶۰۰-۸۰۰ دلار در تن میرساند و با پیشرفت، به ۱۰۰ دلار هدفگذاری شده است.
طراحی مهندسی و سازه برجها
طراحی برجهای جذب کربن کلیمورکز Climeworks مدولار است، با قابهای آلومینیومی سبک (وزن هر واحد ۱ تن) که برای حمل آسان و نصب سریع طراحی شدهاند. سازهها با استانداردهای ISO 9001 ساخته شده و با فنهای کمصدا (۵۰ دسیبل)، هوا را با سرعت ۵ متر بر ثانیه عبور میدهند. برجها، استوانهای یا مکعبی هستند و با عایق حرارتی، انرژی را حفظ میکنند. سازه برجها با مواد مقاوم به UV و رطوبت، دوام ۲۰ ساله دارد و در Mammoth، ۷۲ برج در آرایهای ۱۰۰۰ متری قرار گرفتهاند. مهندسی، با شبیهسازی CFD، جریان هوا را بهینه کرده و هزینه ساخت را ۳۰ درصد کاهش داده است.
پروژه Orca؛ بزرگترین نمونه عملیاتی برجهای جذب کربن کلیمورکز
پروژه Orca، اولین برج بزرگ DAC کلیمورکز در هلنای ایسلند، در سپتامبر ۲۰۲۱ راهاندازی شد و با ۸ برج مدولار، ۴۰۰۰ تن دیاکسید کربن سالانه جذب میکند. با سرمایه ۱۰.۵ میلیون یورو و همکاری Carbfix، دیاکسید کربن را معدنی ذخیره میکند و معادل انتشار ۷۲۰۰ خانوار را حذف مینماید. Orca، با مصرف ۵ مگاوات ژئوترمال، راندمان ۹۰ درصدی دارد و اولین محموله را در ۲۰۲۲ تحویل داد. Orca به عنوان پایلوت مقیاسپذیر، دادههای عملی برای Mammoth فراهم کرد و با قراردادهای مایکروسافت، پایداری مالی دارد. چالشهای اولیه مانند نگهداری فیلترها حل شد و Orca، DAC را از آزمایشگاه به صنعت برد.
مقایسه فناوری Climeworks با CCS سنتی
فناوری Climeworks (DAC) دیاکسید کربن را از هوا جذب میکند، در حالی که CCS سنتی (ذخیره کربن پس از احتراق) از منابع متمرکز مانند کارخانهها حذف میکند و نیاز به خطوط لوله دارد. DAC مستقل از مکان است و کربن تاریخی را هدف قرار میدهد، اما CCS ارزانتر (۵۰-۱۰۰ دلار در تن) و مقیاسپذیرتر است. کلیمورکزبا مواد جامد، انرژی کمتری (۲ MWh/تن) نسبت به DAC مایع (۵ MWh/تن) مصرف میکند، اما CCS انتشار را ۹۰ درصد کاهش میدهد.
هزینه عملیاتی کلیمورکز حدود ۶۰۰-۸۰۰ دلار در تن دیاکسید کربن است، که ۴۰ درصد آن انرژی، ۳۰ درصد مواد و ۳۰ درصد نگهداری است. بهرهوری انرژی با حرارت کم، ۱.۵ MWh الکتریکی و ۲ MWh حرارتی در تن است و با ژئوترمال، به ۰.۵ MWh/تن کاهش مییابد. در Orca، هزینه ۷۵۰ دلار در تن است و با مقیاس، به ۲۰۰ دلار هدفگذاری شده است. بهرهوری با فیلترهای بادوام (عمر ۵ سال) و اتوماسیون، ۸۵ درصد است. هزینهها با قراردادهای بلندمدت کاهش یافته و DAC را رقابتی میکند.
ظرفیت جذب هر برج کلیمورکز حدود ۵۰۰ تن دیاکسید کربن در سال است، با ۸ برج در Orca مجموع ۴۰۰۰ تن خواهد بود. هر فیلتر، ۱۰ کیلوگرم در چرخه جذب میکند و با ۱۰۰۰ فیلتر، ظرفیت واحد را افزایش میدهد. Mammoth با ۷۲ برج، ۳۶ هزار تن ظرفیت دارد. در مقیاس، هر برج ۱۰۰ مترمکعب هوا در ساعت پردازش میکند و با راندمان ۹۰ درصدی، ۱.۴ تن روزانه جذب مینماید.
