دانشمند ایرانی‌ در استرالیا؛ تلاش برای هوای پاک‌تر با نوآوری جذب مستقیم کربن

مسیر علی کیانی از مهندسی شیمی تا نوآوری جذب کربن

برای دکتر علی کیانی¹، پژوهش در حوزه جذب کربن فقط یک شاخه علمی نیست؛ مسیری است برای روبه‌رو شدن با دشوارترین چالش‌های اقلیمی جهان.

داستان او از ایران² شروع شد؛ جایی که مهندسی شیمی را در دانشگاه شیراز³ خواند و سپس در دانشگاه تهران⁴ دوره کارشناسی ارشد را با تخصص شبیه‌سازی و طراحی فرایند گذراند. سال ۲۰۱۲ کیانی¹ برای شروع دکترا به استرالیا⁵ رفت و در دانشگاه نیوکاسل⁶ تحصیل کرد؛ مسیری که در نهایت او را به تمرکز بر فناوری‌های کربن‌زدایی و حذف کربن رساند.

پس از پایان دکترا، او در سال ۲۰۱۷ به سازمان ملی علوم استرالیا یعنی سی‌اس‌آی‌آر‌او (CSIRO)⁷ پیوست. کارهای اولیه‌اش بر فناوری‌های جذب و ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن⁸ متمرکز بود. بعدتر، با بازگشت به نیوکاسل⁹ وارد حوزه «جذب مستقیم از هوا» شد؛ حوزه‌ای که هدفش جدا کردن دی‌اکسید کربن⁸ به‌طور مستقیم از جو است.

توسعه جذب مستقیم از هوا

«جذب مستقیم از هوا» یا DAC¹⁰ از فرایندهای شیمیایی و مهندسی برای استخراج دی‌اکسید کربن⁸ از هوای محیط استفاده می‌کند. توجه به این روش به این دلیل افزایش یافته که می‌تواند هم به «انتشارهای باقی‌مانده از گذشته» کمک کند و هم به آلودگی بخش‌هایی که برق‌رسانی مستقیم در آن‌ها سخت است؛ از جمله هوانوردی¹¹، کشتیرانی¹² و صنعت سنگین¹³.

در سی‌اس‌آی‌آر‌او (CSIRO)⁷، کیانی¹ با تیم‌هایی در استرالیا⁵، بریتانیا¹⁴ و ایالات متحده¹⁵ همکاری می‌کند تا چند فناوری جذب مستقیم از هوا را جلو ببرد. این پژوهش‌ها در آزمایشگاه‌ها و پروژه‌های نمایشی آزموده می‌شوند تا سامانه‌های امیدوارکننده به مرحله آمادگی تجاری نزدیک‌تر شوند.

او طی حدود هشت سال، در پیشبرد فناوری جذب مستقیم از هوا مبتنی بر «آمین» در سی‌اس‌آی‌آر‌او (CSIRO)⁷ نقش داشته و این فناوری را از مقیاس آزمایشگاهی به سمت فرصت‌های تجاری حرکت داده است. این مسیر با راهنمایی دکتر پل فرون¹⁶ که از پژوهشگران شناخته‌شده این حوزه است، پیش رفته است.

عملی‌تر کردن جذب کربن

بخش مهمی از پژوهش‌های فعلی کیانی¹ روی جذب مستقیم از هوا با سامانه‌های «مایع‌پایه» متمرکز است. یکی از چالش‌های اصلی، کاهش انرژی و آبی است که برای جدا کردن دی‌اکسید کربن⁸ از هوا لازم است؛ چون غلظت این گاز در هوا نسبتاً پایین است.

تیم او تغییراتی را در شیمیِ مایعاتِ جاذب بررسی می‌کند تا اتلاف آب در فرایند کمتر شود. این کار می‌تواند جذب مستقیم از هوا را عملی‌تر، مقیاس‌پذیرتر و کم‌مصرف‌تر کند.

این فناوری به خاطر امکان کار در دماهای پایین‌تر و قابلیت هم‌زمانی با برق تجدیدپذیر، توجه صنعت را هم جلب کرده است. اگر این ویژگی‌ها در عمل پایدار بمانند، می‌توانند هم هزینه‌های بهره‌برداری را پایین بیاورند و هم انتشارهای ناشی از راه‌اندازی و کارکرد تأسیسات جذب کربن را کمتر کنند.

در سطح جهانی نیز حوزه جذب و ذخیره‌سازی کربن به سمت اجرای پروژه‌های بزرگ‌تر می‌رود. در کانادا¹⁷ ساخت «هاب ذخیره‌سازی جذب کربن اورجینز¹⁸» در آلبرتا¹⁹ آغاز شده و انتظار می‌رود با شروع عملیات در سال ۲۰۲۷ به بزرگ‌ترین پروژه جذب و ذخیره‌سازی کربن این کشور تبدیل شود. در اروپا²⁰ هم یک تأسیسات تازه در کارخانه یارا²¹ در اسلویسکیل²² هلند²³ افتتاح شده که برای جذب حدود ۸۰۰ هزار تن دی‌اکسید کربن⁸ در سال طراحی شده و سپس گاز برای انتقال و ذخیره‌سازی زیر دریای شمال²⁴ آماده می‌شود.

این روندها نشان می‌دهند تلاش‌ها برای وصل کردن جذب کربن به زنجیره «انتقال»، «ذخیره‌سازی» و «کاربردهای صنعتی» در حال گسترش است؛ و هم‌زمان، بهبود فناوری‌های پایه برای کارکرد مؤثر در مقیاس معنادار اهمیت پیدا می‌کند.

از کربنِ جذب‌شده تا محصولات کاربردی

کیانی¹ به دی‌اکسید کربن⁸ جذب‌شده فقط به چشم یک پسماند نگاه نمی‌کند؛ او آن را می‌تواند یک ماده اولیه هم بداند. بعد از جدا شدن از جو یا از انتشارهای صنعتی، این گاز می‌تواند در کاربردهایی از نوشیدنی‌ها و گلخانه‌ها تا تأمین گازهای صنعتی استفاده شود.

همچنین امکان تبدیل دی‌اکسید کربن⁸ به محصولاتی مثل متان²⁵ و متانول²⁶ مطرح است؛ از جمله برای سوخت‌های مرتبط با حمل‌ونقل. در سناریوهایی که دی‌اکسید کربن⁸ به‌طور دائمی در زیر زمین ذخیره می‌شود، حذف کربن می‌تواند برای جبران بخشی از انتشارهای بخش‌هایی مانند هوانوردی¹¹، حمل‌ونقل دریایی و کشاورزی به کار رود.

ایده تبدیل کربنِ جذب‌شده به سوخت‌ها، فراتر از پژوهش‌های جذب مستقیم از هوا هم در حال پیگیری است. پروژه‌هایی در بخش انرژی، استفاده از کربنِ جذب‌شده به همراه هیدروژن²⁷ را برای تولید متانول²⁶، سوخت پایدار هوانوردی و دیگر محصولاتِ کربن‌محور بررسی می‌کنند.

نقش در صنایع سخت‌کاهش

کیانی¹ می‌گوید جذب مستقیم از هوا باید مکملِ سایر اقدامات کربن‌زدایی باشد، نه جایگزین آن‌ها. انرژی تجدیدپذیر، بهره‌وری انرژی، برق‌رسانی و کاهش انتشار همچنان ضروری‌اند؛ اما برخی بخش‌ها ممکن است برای دهه‌ها انتشارهای باقی‌مانده داشته باشند.

برای صنایعی مثل هوانوردی¹¹، کشتیرانی¹² و تولید سنگین، حذف کربن می‌تواند یکی از ابزارهای برخورد با انتشارهایی باشد که حذف کامل‌شان از نظر فنی یا اقتصادی دشوار است. هدف کیانی¹ این است که فناوری‌هایی که امروز توسعه پیدا می‌کنند، در دهه‌های آینده در مقیاس جهانی به کار گرفته شوند.

او در عین حال به مرحله بعد هم نگاه می‌کند: گسترش ظرفیت‌های پژوهشی در نیوکاسل⁹ برای ایجاد بستری که «جذب کربن» را با «تولید سوخت‌های تجدیدپذیر» ترکیب کند. این ترکیب می‌تواند دو اولویت اقلیمی را کنار هم قرار دهد: برداشتن دی‌اکسید کربن⁸ از جو و استفاده از آن برای تولید سوخت‌های کم‌انتشارتر؛ در حالی که کارکرد در مقیاس لازم، بهره‌وری انرژی و دوام اقتصادی همچنان به‌عنوان چالش‌های تعیین‌کننده مطرح‌اند.

پاورقی منابع نام‌ها

¹ Ali Kiani

² Iran

³ Shiraz University

⁴ University of Tehran

⁵ Australia

⁶ University of Newcastle

⁷ CSIRO

⁸ Carbon dioxide (CO2)

⁹ Newcastle

¹⁰ Direct Air Capture (DAC)

¹¹ aviation

¹² shipping

¹³ heavy industry

¹⁴ United Kingdom

¹⁵ United States

¹⁶ Paul Feron

¹⁷ Canada

¹⁸ Origins Carbon Capture Storage Hub

¹⁹ Alberta

²⁰ Europe

²¹ Yara

²² Sluiskil

²³ Netherlands

²⁴ North Sea

²⁵ methane

²⁶ methanol

²⁷ hydrogen