นักวิจัยต้องการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโดยการแปลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นหินในขนาดมหึมา
วิธีการใหม่ในการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศให้ความรู้สึกเหมือนการเล่นแร่แปรธาตุในยุคปัจจุบัน: นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากมหาสมุทรและเปลี่ยนเป็นหินที่ไม่เป็นอันตราย
สำหรับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทุกๆ ตันที่เราสูบขึ้นไปในอากาศประมาณหนึ่งในสี่ของคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกดูดซับโดยมหาสมุทรราวกับฟองน้ำยักษ์ที่เป็นน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินทั้งหมดนี้ทำให้น้ำเป็นกรดและคุกคามสิ่งมีชีวิต เช่น เปลือกแคลเซียมคาร์บอเนตที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลง
เพื่อหลีกเลี่ยงชะตากรรมนี้ การปล่อยคาร์บอนจำเป็นต้องลดลงอย่างรวดเร็ว แต่นักวิทยาศาสตร์หลายคนยังเชื่อด้วยว่าการดักจับคาร์บอนกัมมันต์ (active carbon capture) ซึ่งจงใจดึงคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากสิ่งแวดล้อม จะเป็นขั้นตอนที่จำเป็นในการช่วยควบคุม และอาจถึงขั้นย้อนกลับ การเพิ่มขึ้นของการปล่อยมลพิษที่ก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมนับไม่ถ้วน อย่างไรก็ตาม การดักจับคาร์บอนให้เพียงพอเพื่อสร้างความแตกต่างนั้นเป็นงานใหญ่ งานที่พิสูจน์แล้วว่ามีความท้าทายและมีราคาแพง
“คุณกำลังพูดถึงการกำจัด [คาร์บอนไดออกไซด์] ประมาณ 10 ถึง 20 กิกะตันต่อปี ตั้งแต่ปี 2050 ซึ่งอาจเป็นไปได้ในศตวรรษหน้า” Gaurav Sant ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมและผู้อำนวยการสถาบันการจัดการคาร์บอนที่ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลิส
จนถึงปัจจุบัน ความพยายามส่วนใหญ่ในการดักจับคาร์บอนได้มุ่งเน้นไปที่การดักจับอากาศโดยตรง โดยพยายามดึงก๊าซออกจากบรรยากาศ แต่เพื่อให้การดักจับคาร์บอนมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทีมวิจัยของ Sant จึงหันไปขอความช่วยเหลือจากมหาสมุทร
มหาสมุทรและแหล่งน้ำขนาดใหญ่อื่นๆ สามารถกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากกว่าอากาศ150 เท่า แนวคิดของ Sant และเพื่อนร่วมงานคือถ้าคุณสามารถกำจัดคาร์บอนออกจากมหาสมุทรได้ น้ำจะดูดซับจากชั้นบรรยากาศมากขึ้นเพื่อรักษาสภาวะสมดุล ตอนนี้ พวกเขากำลังเสนอวิธีการใหม่ในการกำจัดคาร์บอนออกจากมหาสมุทร โดยเปลี่ยนให้เป็นหิน
น้ำทะเลมีแคลเซียมและแมกนีเซียมเป็นจำนวนมาก เมื่อไอออนของแคลเซียมหรือแมกนีเซียมรวมกับคาร์บอนไดออกไซด์ จะเกิดเป็นแคลไซต์หรือแมกนีไซต์ ปฏิกิริยาเคมีคล้ายกับจำนวนสิ่งมีชีวิตในทะเลที่สร้างเปลือก แต่ด้วยการแนะนำส่วนผสมที่สาม นั่นคือ ไฟฟ้า Sant และทีมของเขาสามารถทำให้ปฏิกิริยานั้นเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว มีประสิทธิภาพ และอาจเป็นไปได้ในวงกว้างในที่สุด เมื่อนำสิ่งนี้มารวมกัน นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอเทคโนโลยีใหม่ที่จะทำให้น้ำทะเลไหลผ่านตาข่ายที่มีประจุไฟฟ้า โดยใช้อิเล็กโทรไลซิสเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีที่จำเป็นในการสร้างหินคาร์บอเนต
จนถึงตอนนี้ ทีมงานได้สร้างต้นแบบขนาด 1.5 x 1.5 เมตร ที่สามารถน้ำท่วมด้วยน้ำทะเลจำลองได้ พวกเขากำลังรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่สามารถกำจัดออกได้ในช่วงเวลาต่างๆ วิเคราะห์ประสิทธิภาพของกระบวนการและปริมาณพลังงานที่ต้องการ นอกเหนือจากการสาธิตแนวคิดเพียงอย่างเดียวแล้ว พวกเขายังใช้แบบจำลองเพื่อกำหนดว่าตัวแปรปฏิบัติการใดบ้างที่อาจส่งผลกระทบต่อกระบวนการ
“นี่เป็นขั้นตอนการก่อสร้างในการสร้างระบบที่ใหญ่ขึ้นและพิสูจน์กระบวนการในขนาดที่ใหญ่ขึ้น” Sant กล่าว
กระบวนการนี้คล้ายกับโรงบำบัดน้ำเสีย แต่แทนที่จะใช้น้ำและกรองสิ่งสกปรก โรงงานที่เสนอจะใช้ไฟฟ้าเพื่อบังคับให้คาร์บอน แคลเซียม และแมกนีเซียมทำปฏิกิริยาและกลายเป็นของแข็ง จากนั้นน้ำที่ “บริสุทธิ์” จะกลับสู่มหาสมุทร
Alan Hatton วิศวกรเคมีจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ซึ่งเคยทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีการดักจับคาร์บอนที่ไม่เกี่ยวข้องหลายอย่างกล่าวว่า “คุณกำลังคืนน้ำที่มีความเป็นด่างมากกว่าที่คุณใส่เข้าไปเล็กน้อย น้ำที่เป็นด่างมากขึ้นนี้สามารถช่วยลดผลกระทบของการทำให้เป็นกรดในมหาสมุทรในบริเวณใกล้เคียงได้
เช่นเดียวกับการดึงคาร์บอนออกจากน้ำทะเล ปฏิกิริยาเคมีมีผลพลอยได้ที่เป็นประโยชน์: ก๊าซไฮโดรเจน การผลิตและจำหน่ายไฮโดรเจนช่วยให้โรงงานสามารถชดเชยต้นทุนได้ Sant กล่าวว่าแม้ว่าโรงงานดักจับคาร์บอนในมหาสมุทรที่เสนอจะใช้พลังงานจากก๊าซธรรมชาติแทนพลังงานหมุนเวียน แต่กระบวนการทั้งหมดก็อาจเป็นลบคาร์บอนได้เนื่องจากผลพลอยได้ของก๊าซไฮโดรเจนนี้
แม้ว่าการดักจับคาร์บอนในมหาสมุทรเป็นเทคโนโลยีที่ใหม่กว่า แต่ก็มีกลุ่มอื่นๆ อีกสองสามกลุ่มที่ทำการทดลองกับมัน โครงการบางโครงการของพวกเขา เช่น โครงการโดย Halifax ซึ่งเป็นบริษัทสตาร์ทอัพ Planetary Hydrogen ที่ใช้ Nova Scotia กำลังแสดงสัญญา
เช่นเดียวกับทีมของ Sant Planetary Hydrogen กำลังสกัดคาร์บอนจากน้ำทะเล กักขังไว้ในของแข็ง และสร้างก๊าซไฮโดรเจนโดยอ้อม อย่างไรก็ตาม แทนที่จะใช้อิเล็กโทรไลซิส พวกมันใช้ไฮดรอกไซด์แทน ไฮดรอกไซด์เป็นวัสดุอัลคาไลน์ที่เร่งความเร็วในกระบวนการทางธรรมชาติ โดยหินที่ทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเพื่อสร้างคาร์บอนในรูปแบบอัลคาไลน์ ซึ่งโดยปกติแล้วจะเกิดขึ้นในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา Greg Rau หัวหน้านักวิจัยของบริษัทกล่าว แม้ว่าทั้งสองทีมจะไม่ผ่านช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา แต่ข้อเสนอทั้งสองดูเหมือนจะมีประโยชน์บางประการมากกว่าการพยายามดักจับคาร์บอนในอากาศ
คาร์บอนไดออกไซด์มีความเข้มข้นในชั้นบรรยากาศน้อยกว่าในมหาสมุทรมาก ดังนั้นโดยทั่วไปแล้ว ความพยายามในการดักจับอากาศโดยตรงจะต้องค่อนข้างมากจึงจะมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ ทั้ง Hatton และ Sant ต่างเชื่อว่าพืชจับมหาสมุทรจะไม่ต้องการอสังหาริมทรัพย์ดังกล่าว และตามคำกล่าวของ Sant กระบวนการของเขาจะใช้พลังงานเพียงครึ่งเดียวในการดักจับอากาศโดยตรง และไม่จำเป็นต้องมีอ่างเก็บน้ำสำหรับกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์
มีข้อเสียบางประการสำหรับข้อเสนอของ Sant ซึ่งอาจทำให้เทคโนโลยีก้าวหน้าได้ยาก ที่ใหญ่ที่สุดน่าจะเป็นปริมาณของของแข็งที่กระบวนการจะเกิดขึ้นเมื่อมีการดำเนินการในระดับที่มีความหมายมากพอที่จะส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
ตัวอย่างเช่น การกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ 10 กิกะตันออกจากมหาสมุทร จะทำให้ได้คาร์บอนไดออกไซด์ 20 กิกะตัน อย่างน้อยที่สุด Sant กล่าว เขามีความคิดว่าจะทำอย่างไรกับของแข็งเหล่านี้
ในช่วงครึ่งทศวรรษที่ดีกว่านี้ การวิจัยของ Sant ได้มุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงกระบวนการรวมคาร์บอนไดออกไซด์จากก๊าซไอเสียจากโรงงานกับแคลเซียมไฮดรอกไซด์เพื่อสร้างคอนกรีต “เนื่องจาก [วิธีการกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ของฉัน] ผลิตหินปูนที่เป็นกลางด้วยคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตอนนี้คุณมีความสามารถในการผลิตซีเมนต์ที่เป็นกลางด้วยคาร์บอน และใช้ของแข็งที่เป็นหินปูนในการก่อสร้าง” Sant กล่าว
ของแข็งจำนวนมากที่ผลิตโดยโรงงานดักจับมหาสมุทรสามารถนำมาใช้ในลักษณะนั้นได้ แต่ก็ยังมีอีกเป็นตันที่มีแนวโน้มว่าจะกลับเข้าไปในมหาสมุทร ซึ่งอาจทำให้ระบบนิเวศทางทะเลในท้องถิ่นเสียหายได้
Hatton กล่าวว่าการเปรียบเทียบผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นของพืชที่เสนอกับผลกระทบของโรงงานแยกเกลือออกจากน้ำทะเลในสภาพแวดล้อมของมหาสมุทรโดยรอบนั้นคุ้มค่า แม้ว่าปัญหาหลักของการแยกเกลือออกจากเกลือคือการสะสมของน้ำเกลือ แต่การสะสมของคาร์บอเนตจากโรงงานของ Sant อาจสร้างปัญหาอื่นๆ เช่น การกักเก็บชีวิตของพืชและการเปลี่ยนแปลงที่อยู่อาศัยของพื้นทะเลอย่างมีนัยสำคัญ Hatton กล่าวเพียงแค่ใช้งานโรงงานก็อาจส่งผลทางกายภาพต่อพฤติกรรมของน้ำที่อยู่ใกล้โรงงาน เช่น รูปแบบการไหลที่รบกวน
การปล่อยให้สภาพแวดล้อมโดยรอบไม่ถูกรบกวนมากที่สุดคือสิ่งสำคัญสูงสุดสำหรับ Sant แม้ว่าเขาจะตระหนักดีว่าในขณะที่เทคโนโลยีประเภทนี้แพร่หลายมากขึ้น จึงมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดผลที่ไม่คาดคิดบางอย่างซึ่งยังไม่ทราบได้
เมื่อทีมงานสามารถแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีสามารถทำงานได้ในวงกว้างและเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจ พวกเขาหวังว่าจะได้เห็นโรงงานหลายร้อยแห่งที่สร้างขึ้นทั่วโลกในท้ายที่สุด ในท้ายที่สุด Sant หวังว่างานของพวกเขาจะเปิดใจของผู้คนถึงความสามารถในการดักจับคาร์บอน
