เทคโนโลยีในงานกักเก็บคาร์บอน (Carbon Capture) ยุคปัจจุบันนั้นต้องแลกมากับศักยภาพในการกักเก็บและปลดปล่อย ทำให้นักวิจัยจาก MIT หันมาพัฒนากระบวนการที่เพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม ด้วยการใช้เยื่อกรองระดับนาโน นักวิจัยจาก MIT ได้เพิ่มเติมขั้นตอนที่ทำให้ทั้งสองส่วนของวัฎจักรที่ต้องการสามารถเพิ่มประสิทธิภาพไปพร้อม ๆ กันได้ถึง 6 เท่า ทั้งการกักเก็บและปลดปล่อยซึ่งสามารถลดต้นทุนได้มากถึง 20%
การนำคาร์บอนไดออกไซออกจากบรรยากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพถูกมองว่าเป็นความจำเป็นในการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงทางสภาพอากาศ แต่ระบบที่ใช้ในการนำคาร์บอนไดออกไซด์ออกมานั้นต้องมีการแลกเปลี่ยนอะไรบางอย่างด้วยเช่นกัน ส่วนประกอบทางเคมีที่ใช้ในการนำคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากอากาศนั้นจะไม่สามารถปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาได้ง่ายนักเมื่อถูกกักเก็บแล้ว แต่ในขณะเดียวกันส่วนประกอบที่ปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพนั้นกลับไม่สามารถทำหน้าที่กักเก็บได้ดีสักเท่าไหร่ เป็นเหมือนกับว่าต้องเลือกส่วนในส่วนหนึ่งในวงจรและต้องยอมให้อีกคุณสมบัตินั้นแย่ลงไป
‘ไฮดรอกไซด์’ ทางออกของการพัฒนาการกักเก็บคาร์บอนยุคใหม่
ระบบกักเก็บคาร์บอนนั้นทำงานโดยการใช้เคมีที่เรียกว่า ‘ไฮดรอกไซด์’ ซึ่งผสมมากับคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้เกิดเป็นคาร์บอเนต ซึ่งคาร์บอเนตนี้เองจะป้อนเข้าสู่เซลล์ไฟฟ้าเคมี (Electrochemical) ที่ซึ่งคาร์บอเนตจะมีปฏิกริยากับกรด ทำให้เกิดน้ำและปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ กระบวนการนี้สามารถใช้อากาศทั่วไปประมาณ 400 ส่วนต่อคาร์บอนไดออกไซ 1 ล้าน จากนั้นจะทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์บริสุทธิ์ 100% ซึ่งสามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงหรือผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ได้อีก
ทั้งการกักเก็บและปลดปล่อยสามารถเกิดขึ้นได้ในสารละลายที่มีน้ำเป็นพื้นฐาน แต่ขั้นตอนแรกนั้นจำเป็นจะต้องมีสารละลายที่มีความเข้มข้นของไอออนไฮดรอกไซด์ระดับสูง และในขั้นตอนต่อมาจำเป็นต้องมีไอออนคาร์บอเนตในระดับสูง
ทางออกของทีมวิจัย คือ การแยก 2 ส่วนของระบบออกจากกันและเติมส่วนที่ 3 เข้าไประหว่างทั้ง 2 ส่วน หลังจากไฮดรอกไซด์ในขั้นตอนแรกถูกเปลี่ยนไปเป็นคาร์บอเนตแล้ว เยื่อกรองพิเศษระดับนาโนจากทำการแยกไอออนในตัวทำละลายซึ่งจะขึ้นอยู่กับประจุของสาร โดยไอออนของคาร์บอเนตมี 2 ประจุ และไฮดรอกไซด์มี 1 ประจุ
เมื่อถูกแยกแล้ว ไอออนของไฮดรอกไซด์จะถูกป้อนกลับไปยังด้านที่ทำการดูดซับของระบบ ในขณะที่คาร์บอเนตจะถูกส่งต่อไปยังขั้นตอนการปลอดปล่อยไฟฟ้าเคมี ด้วยวิธีนี้ทั้งสองดา้นของระบบสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งขั้นตอนการปลดลปล่อยไฟฟ้าเคมีนั้น โปรตอนจำถูกเพิ่มเข้าไปในคาร์บอเนตเพื่อทำให้เกิดการแปลงไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ แต่หากไอออนไฮดรอกไซด์ยังมีปรากฎอยู่ โปรตอนจะตอบสนองกับไอออนเหล่านั้นแทน และทำให้เกิดแค่น้ำ ซึ่งหากมไ่ทำการแยกไฮดรอกไซด์และคาร์บอเนตระบบจะล้มเหลวจกการที่เพิ่มโปรตอนเข้าไปยังไฮดรอกไซด์แทนที่คาร์บอเนต จะกลายเป็นการสร้างน้ำแทนที่การสกัดคาร์บอนไดออกไซด์แทน
การทดสอบแสดงให้เห็นว่าตัวกรองระดับนาโนสามารถแยกคาร์บอเนตจากตัวทำละลายไฮดรอกไซด์ได้ ด้วยประสิทธิภาพที่สูงถึง 95% ภายใต้สถานการณ์จริง ซึ่งขั้นตอนต่อไปคือการพิจารณาประสิทธิภาพรวมที่เกิดขึ้น รวมถึงต้นทุนทางเศรษฐกิจจากกระบวนการ
ลดต้นทุนการกักเก็บคาร์บอนและเพิ่มโอกาาสในการขายคาร์บอนเครดิต
ข้อมูลจากการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าระบบปัจจุบันมีต้นทุนราว 600 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อการกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ 1 ตัน ในขณะที่ชิ้นส่วนการกรองแบบนาโนเมื่อถูกเติมเข้าไปจะทำให้ต้นทุนลดเหลือ 450 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อตันเท่านั้น นอกจากนี้ระบบใหม่ยังมีความเสถียรมากว่า สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องและมีประสิทธิภาาพสูงแม้ว่าอยู่ภายใต้สภาวะที่ความเข้มข้นของไอออนแปรผันในตัวทำละลาย ซึ่งหากเป็นระบบเก่าที่ไม่ได้มีตัวกรองระดับนาโนเมื่อความเข้มข้นเปลี่ยนแม้เพียงนิดเดียว ไม่ว่าจะในทิศทางใด ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างมาก
เทคโนโลยีใหม่นี้ไม่เพียงแต่จะจับอากาศโดยตรงได้เท่านั้น ยังสามารถจัดเก็บที่แหล่งปล่อยโดยตรงกับแหล่งที่ปลดปล่อยคาร์บอน เช่น โรงงานพลังงาน หรืออยู่ในขั้นตอนต่อไปของกระบวนการ ทำให้การแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ที่กักเก็บไว้ไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์ เช่น เชื้อเพลิงหรือวัตถุดิบเคมี
เทคโนโลยีที่ถูกพัฒนาขึ้นนี้สามารถนำไปสู่เคมีที่มีความปลอดภัยยิ่งขึ้นในการกักเก็บคาร์บอน ซึ่งเดิมทีวัสดุที่นิยมใช้ในปัจจุบันนั้นเป็นพิษ หรือทำให้เกิดความเสียหายแก่สิ่งแวดล้อม แต่เทคโนโลยีนี้เพิ่มอัตราการเกิดปฏิกริยา และยังทำให้สามารถเลือกเคมีที่อาจจะไม่ได้มีการดูดซับที่ดีที่สุด แต่เป็นการเพิ่มความปลอดภัยให้แก่ผู้มีส่วนได้ส่วนเสียทั้งหมดก็เป็นได้
เทคโนโลยีนี้กำลังถูกปรัปบรุงให้สามารถใช้ได้กับเทคโนโลยีด้านคาร์บอนอื่น ๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบัน และพยายามให้ต้นทุนลดลงมาเหลืออยู่ที่ 200 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อตันเพื่อให้สามารถเข้าถึงในเชิงเศรษฐศาสตร์ได้ โดยในปัจจุบันผู้คนต่างซื้อคาร์บอนเครดิตกันมากกว่า 500 ดอลลาร์ต่อตัน ซึ่งราคานี้ถูกคาดการณ์ว่าจะเป็นราคาที่สามารถแข่งขันในเชิงพาณิชย์ได้
ที่มา:
MIT
