كيفية إنتاج ثاني أكسيد الكربون الصناعي: الأساليب والتطبيقات

ثاني أكسيد الكربون (CO₂) أكثر بكثير من مجرد غاز دفيئة، فهو سلعة صناعية أساسية تُستخدم في حفظ الأغذية، وكربنة المشروبات، واللحام، وإخماد الحرائق، وحتى في الاستخلاص المعزز للنفط. وبينما يتواجد ثاني أكسيد الكربون بشكل طبيعي في الغلاف الجوي، تتطلب التطبيقات الصناعية تدفقات عالية التركيز ونقية من الغاز، تُنتج من خلال عمليات مُتحكم بها.

يتعرض معظم الناس لغاز ثاني أكسيد الكربون الصناعي يوميًا - في المشروبات الغازية، أو أغلفة الأطعمة المجمدة، أو غرف العمليات في المستشفيات - دون أن يدركوا كيفية تصنيعه. بخلاف ثاني أكسيد الكربون الجوي، يجب أن يفي ثاني أكسيد الكربون الصناعي بمعايير نقاء صارمة، وأن يكون خاليًا من الملوثات مثل مركبات الكبريت أو الرطوبة.

دعونا نلقي نظرة على الأساليب الأساسية لإنتاج ثاني أكسيد الكربون الصناعي، والتكنولوجيات المستخدمة، وكيف تستخدم الصناعات المختلفة هذا الغاز متعدد الاستخدامات.

الطرق الأساسية لإنتاج ثاني أكسيد الكربون الصناعي

عادةً ما يُلتقط ثاني أكسيد الكربون الصناعي كمنتج ثانوي لعمليات أخرى أو يُستخرج من مصادر طبيعية. تشمل أكثر طرق الإنتاج شيوعًا ما يلي:

1. احتراق الهيدروكربونات

• عملية: يؤدي حرق الوقود الأحفوري (الغاز الطبيعي أو البروبان أو الفحم) في بيئة خاضعة للرقابة وغنية بالأكسجين إلى إنتاج ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء.

• التفاعل الكيميائي:

  CH4+2O2→CO2+2H2O+طاقةCH4​+2ا2​→أول أكسيد الكربون2​+2ح2​ا+طاقة

• الاعتبارات الرئيسية:

  • يتطلب فرك لإزالة الشوائب مثل أكاسيد النيتروجين (NOx) وثاني أكسيد الكبريت (SO₂).

  • تستخدم غالبا في محطات الطاقة واسعة النطاق مع أنظمة احتجاز الكربون.

2. التخمير (صناعات الوقود الحيوي والمشروبات)

• عملية: تقوم الخميرة أو البكتيريا بتحليل السكريات (من الذرة أو قصب السكر أو الشعير) إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون.

• التفاعل الكيميائي:

  C6H12O6→2C2H5OH+2CO2ج6​ح12​ا6​→2ج2​ح5​أوه+2أول أكسيد الكربون2​

• التطبيقات الرئيسية:

  • مصانع الجعة ومصانع التقطير التقاط ثاني أكسيد الكربون لاستخدامه في صناعة البيرة الغازية والمشروبات الغازية.

  • مصانع الإيثانول الحيوي إنتاج ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي، والذي يتم بعد ذلك تسييله للاستخدام الصناعي.

3. إصلاح الميثان بالبخار (إنتاج الهيدروجين)

• عملية: يتفاعل البخار ذو درجة الحرارة العالية مع الميثان لإنتاج الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون.

• التفاعل الكيميائي:

  CH4+H2O→3H2+CO2CH4​+ح2​ا→3ح2​+أول أكسيد الكربون2​

• التفاصيل الرئيسية: غالبًا ما يكون المنتج الثانوي لثاني أكسيد الكربون تم التقاطها وتنقيتها للاستخدام الصناعي بدلاً من إطلاقه.

4. الاستخراج المباشر من آبار ثاني أكسيد الكربون الطبيعية

• عملية: تحتوي بعض الخزانات الجوفية (خاصة في المناطق البركانية) على ثاني أكسيد الكربون عالي النقاء، والذي يتم حفره واستخراجه مثل الغاز الطبيعي.

• المواقع الرئيسية:

  • الولايات المتحدة (كولورادو، نيو مكسيكو)

  • إندونيسيا وأيسلندا (مصادر الطاقة الحرارية الأرضية)

• ميزة: يتطلب الحد الأدنى من المعالجة مقارنة بالطرق الاصطناعية.

التنقية والتسييل

يحتوي ثاني أكسيد الكربون الخام من هذه المصادر على شوائب ويجب تكريره قبل الاستخدام الصناعي.

1. التنظيف والضغط

• إزالة الملوثات:

  • مرشحات الكربون المنشط امتصاص مركبات الكبريت.

  • المناخل الجزيئية إزالة الرطوبة.

• ضغط: يتم ضغط غاز ثاني أكسيد الكربون (عادةً 300–500 رطل لكل بوصة مربعة) لتحويله إلى سائل للتخزين والنقل.

2. التقطير (لثاني أكسيد الكربون عالي النقاء)

• مستخدمة في ثاني أكسيد الكربون الغذائي والطبي، حيث تكون درجة النقاء المطلوبة 99.9%.

• يزيل الغازات النزرة مثل الأكسجين والنيتروجين.

التطبيقات الصناعية الرئيسية لثاني أكسيد الكربون

الاعتبارات البيئية

في حين أن ثاني أكسيد الكربون الصناعي ضروري للعديد من التطبيقات، فإن إنتاجه يواجه تحديات تتعلق بالاستدامة:

• احتجاز الكربون وتخزينه (CCS): تقوم بعض المرافق الآن بجمع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من محطات الطاقة لإعادة استخدامها، مما يقلل من إطلاقها في الغلاف الجوي.
• التكامل المتجدد: توفر مصانع الإيثانول الحيوي والغاز الحيوي محايدة للكربون مصدر ثاني أكسيد الكربون عند استخدام المواد الخام المستدامة.

خلاصة القول

يُعد إنتاج ثاني أكسيد الكربون الصناعي عمليةً معقدةً، تجمع بين الكفاءة والنقاء والتأثير البيئي. وسواءً كان مصدره التخمير أو الاحتراق أو الآبار الطبيعية، يخضع الغاز لتنقية دقيقة لتلبية المعايير الخاصة بالصناعة.

بالنسبة للمصنّعين، يُمكن لاختيار مصدر ثاني أكسيد الكربون المناسب - سواءً كان ذلك استعادة المنتجات الثانوية أو الاستخراج المباشر - أن يُحسّن التكاليف والاستدامة. وفي الوقت نفسه، تُحوّل التطورات في تكنولوجيا احتجاز الكربون ثاني أكسيد الكربون من مُنتج نفايات إلى مورد قيّم.

من فوران مشروبك الغازي إلى سلامة العمليات الجراحية، يلعب ثاني أكسيد الكربون الصناعي دورًا صامتًا ولكنه حيوي في حياتنا العصرية. بفهم إنتاجه، يُمكننا تقدير فائدته والابتكارات التي تجعله أنظف للاستخدامات المستقبلية بشكل أفضل.

اختر ثاني أكسيد الكربون المستخرج بطريقة مسؤولة، واعترف بدوره فيما وراء تغير المناخ - فهو بطل غير معروف في الصناعة.