لزوم اصلاح سیستم تهویه مطبوع
پژوهشگران با هدف مبارزه با تغییرات اقلیمی، ساخت چاه‌های نفت مصنوعی را روی سقف ساختمان‌ها پیشنهاد داده‌اند.
به گزارش پایگاه خبری تاسیسات نیوز، یکی از معضلات بزرگ تغییرات اقلیمی این است که از فناوری تهویه‌ی مطبوع به‌حدی استفاده کرده‌ایم که از سال ۱۹۹۰ تاکنون، میزان مصرف جهانی انرژی برای این منظور سه‌برابر شده است. انتظار می‌رود در سال‌های پیش رو، این روند رشد بیشتری داشته باشد و باتوجه‌به این موضوع که نیروگاه‌های مصرف‌کننده‌ی سوخت‌های فسیلی انرژی موردنیاز این سیستم‌ها را تأمین می‌کنند، با انتشار کربن بیشتر، دمای هوا نیم‌درجه‌ی دیگر افزایش خواهد یافت. مقاله‌ای که به‌تازگی در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده، راه‌حلی در‌این‌زمینه پیشنهاد داده است.
سیستم‌های گرمایشی و تهویه و تهویه‌ی مطبوع (HVAC) هوای زیادی جا‌به‌جا می‌کنند. آن‌ها می‌توانند کل حجم هوای موجود در یک ساختمان اداری را ۵ تا ۱۰ بار در ساعت جایگزین کنند. همچنین، ماشین‌هایی که کربن‌دی‌اکسید را از اتمسفر می‌گیرند (راه‌حلی درحال‌توسعه برای مبارزه با تغییرات اقلیمی)، به حرکت حجم زیادی از هوا وابسته هستند. پس، چرا نباید با ضمیمه‌کردن ماشین کربن‌گیر به سیستم تهویه‌ی مطبوع در مصرف انرژی صرفه‌جویی کرد؟
پیشنهاد آینده‌نگرانه‌ی گروهی از پژوهشگران مؤسسه‌ی فناوری کارلسروهه آلمان حتی از این هم فراتر می‌رود. این پژوهشگران با هدایت رولاند دیتمایر، سیستمی از اجزای مدولار (طرح پیمانه‌ای) ترسیم کرده‌اند که از انرژی تجدیدپذیر قدرت می‌گیرد و فقط کربن‌دی‌اکسید و آب را از هوا استخراج نمی‌کند. این سیستم همچنین می‌تواند ترکیبات مذکور را به هیدروژن تبدیل کند و سپس از فرایند شیمیایی چندمرحله‌ای برای تبدیل هیدروژن به سوخت‌های هیدروکربنی مایع استفاده کند. پژوهشگران می‌گویند نتیجه‌ی این کار «چاه‌های نفت مصنوعی» شخصی است که در ساختمان‌ها و محله‌های مختلف می‌تواند توزیع شود.
مدل رؤیایی تولید نفت همگانی از پالایشگاه‌های خورشیدی مانند ایده‌ی برق همگانی حاصل از صفحات خورشیدی است که مردم را قادر می‌سازد به‌جای تکیه بر غول‌های صنعتی انرژی فسیلی، خودشان گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی را کنترل و مدیریت کنند. دیتمایر می‌گوید:گروه پژوهشی ما در‌حال‌حاضر، مدلی آزمایشی را توسعه داده که می‌تواند چندین مرحله‌ی مهم از این فرایند را انجام دهد. دو یا سه سال طول می‌کشد تا این طرح نخستین هنرنمایی خود را اجرا کند و بتوانم به شما یک بطری سوخت هیدروکربنی را نشان دهم که از کربن‌دی‌اکسید گرفته‌شده از واحد تهویه‌ی مطبوع به‌دست آمده است.
البته، نه دیتمایر و نه همکارش، جفری اوزین، مهندس شیمی از دانشگاه تورنتو، نمی‌توانند پیش‌بینی کنند چقدر طول می‌کشد تا زمانی فرابرسد که صاحبان ساختمان‌ها بتوانند چنین واحدهایی بخرند و نصب کنند. بااین‌حال، اوزین ادعا می‌کند در‌حال‌حاضر، بخش عمده‌ی تکنولوژی موردنیاز این سیستم ازلحاظ تجاری دردسترس است. او می‌گوید تجهیزات گرفتن کربن را می‌توان از کلایمورکز، شرکت سوئیسی فعال درزمینه‌ی تکنولوژی‌های جذب مستقیم از هوا تهیه کرد و الکترولایزرهای موردنیاز برای تبدیل کربن‌دی‌اکسید و آب به هیدروژن نیز در شرکت‌های مختلفی موجود هستند. او می‌افزاید:شما از رآکتورهای کاتالیزوری ریزساختار رولاند استفاده می‌کنید که هیدروژن و کربن‌دی‌اکسید را به سوختی سنتزی تبدیل می‌کنند.
این رآکتورها را شرکت آلمانی اینراتک به‌عنوان محصول فرعی پژوهش دیتمایر به بازار عرضه می‌کند. ازآنجاکه این سیستم متکی به فرم‌های پیشرفته‌ی انرژی خورشیدی است، اوزین در‌این‌زمینه به‌عنوان «ساختمان‌های فتوسنتزی» فکر می‌کند.
براساس محاسبات پژوهشگران، با راه‌اندازی این تکنولوژی در سیستم تهویه‌ی مطبوع یکی از آسمان‌خراش‌های بلند اروپا، یعنی برج MesseTurm در فرانکفورت، می‌توان سالیانه حداقل ۲ هزار تن (۶۶۰ هزار گالن آمریکا) سوخت تولید کرد. آن‌ها می‌گویند فضای اداری کل شهر فرانکفورت می‌تواند هرسال بیش از ۳۷۰ هزار تن سوخت تولید کند. دیوید کیت، استاد فیزیک کاربردی و سیاست عمومی در دانشگاه هاروارد می‌گوید: این ایده‌ی شگفت‌انگیزی بود که روز مرا ساخت.
او پیشنهاد می‌کند بهترین استفاده‌ی ممکن از سوخت‌های حاصل کمک به حل دو مورد از بزرگ‌ترین مشکلات انرژی است: فراهم‌کردن سوخت کربن خنثی برای پرکردن شکاف حاصل از طبیعت متناوب انرژی‌های تجدیدپذیری مانند باد و خورشید و نیز تأمین سوختی برای حوزه‌هایی از صنعت و حمل‌و‌نقل که به سختی با برق کار می‌کنند؛ مانند هواپیماها و کامیون‌های بزرگ و صنعت تولید سیمان و فولاد.
در‌حال‌حاضر، کیت برخی از این بازارها را ازطریق شرکت مهندسی کربن هدف قرار داده است. او این شرکت را با تمرکز روی جذب مستقیم کربن‌دی‌اکسید از هوا برای تولید سوخت‌های مایع در مقیاس وسیع راه‌اندازی کرده است. باوجوداین، وی می‌گوید به‌شدت درباره‌ی راه‌اندازی این طرح‌ها روی ساختمان‌ها یا محله‌ها تردید دارد و اقتصاد مقیاس را نمی‌توان نادیده گرفت. او می‌گوید: به‌‌دلیل اقتصاد مقیاس است که توربین‌های بادی عظیمی داریم و نیز در حیاط پشتی خود کارخانه‌ای برایبازیافت زباله‌های خود نمی‌سازیم. او معتقد است گرفتن کربن‌دی‌اکسید موجود در هوا در مقیاس مناسب سریع‌تر و ارزان‌تر است. دانشمندان دیگری که در این پژوهش مشاکتی نکردند، در‌این‌باره به دو مشکل بالقوه‌ی دیگر اشاره کرده‌اند. جنیفر ویلکاکس، مهندس شیمی مؤسسه‌ی فناوری ورسستر می‌گوید:ایده‌ای که رولاند مطرح کرده، ایده‌ی جالبی است؛ اما برای تعیین قابلیت‌های واقعی این رویکرد به بررسی‌های بیشتری نیاز است.
ویلکاکس می‌گوید: استفاده از مزیت جا‌به‌جایی هوایی که هم‌اکنون سیستم‌های تهویه‌ی مطبوع انجام می‌دهند، منطقی به‌نظر می‌رسد؛ ولی ساختن و عملیاتی‌کردن فن‌های لازم موضوعی نیست که موجب افزایش قیمت سیستم‌های گرفتن مستقیم هوا شود. هزینه‌ی اصلی به مواد جامد جاذب مربوط است؛ یعنی موادی که کربن‌دی‌کسید موجود در هوا به آن‌ها می‌چسبد و هزینه‌ی اصلی انرژی هم گرمای موردنیاز برای بازیابی کربن‌دی‌اکسید از این مواد است.
علاوه‌بر این، ویلکاکس معتقد است که به‌منظور کاهش مقدار کربن‌دی‌اکسیدی که وارد هوا می‌شود، بهتر است هرگونه منبع انرژی عاری از کربن دردسترس، صرف جایگزینی کارخانه‌هایی شود که از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کنند. متیو جی‌ریلف، مهندس شیمی مؤسسه‌ی فناوری جورجیا می‌گوید:ایده‌ی تبدیل کربن گرفته‌شده به سوخت مایع متقاعدکننده است. ما سرمایه‌گذاری هنگفتی روی زیرساخت‌های سوخت مایع خود کرده‌ایم و استفاده از آن‌ها ارزش بسیار زیادی دارد. شما مجبور نیستند کل زیرساخت‌های جدید را بسازید؛ اما ایده‌ی انجام این کار در سطح خانگی کمی خیالی است و یکی از دلایل آن‌هم این است که گازهای درگیر (کربن‌دی‌اکسید و هیدروژن) سمّی و قابل‌انفجار هستند.
او توضیح می‌دهد فرایند تبدیل آن‌ها به سوخت مایع به‌خوبی درک‌کردنی است؛ اما حاصل این کار محصولات مختلفی هستند که در‌حال‌حاضر، در پالایشگاه‌های عظیم و با صرف انرژی بسیار زیادی جدا می‌شوند. ممکن است سیستم مطرح‌شده در مقیاس پیشنهادی کار کند؛ ولی در این مرحله، هنوز این کار را انجام نداده‌ایم و ممکن است از دیدگاه اقتصادی روش کارآمدی نباشد.
مزیت غیرمنتظره‌ای از جذب کربن‌دی‌اکسید هوا وجود دارد که می‌تواند به تشویق پذیرش این تکنولوژی در بازار کمک کند. یکی از دلایلی که دفترهای اداری به‌طور مکرر هوای خود را تعویض می‌کنند، این است که از سلامتی کارکنان خود دربرابر سطح افزایش یافته‌ی کربن‌دی‌اکسید محافظت کنند. پژوهش‌های ریلف نشان می‌دهد گرفتن کربن‌دی‌اکسید از جریان هوا ممکن است یکی از راه‌های کاهش هزینه ازطریق کاهش تعداد دفعات تعویض هوا باشد.
استدلال دیتمایر این است که تفکر بزرگ همیشه بهتر است. او به این موضوع نیز اشاره می‌کند که در برخی از حوزه‌های مهندسی شیمی، کارخانجات کوچکی رواج دارند؛ زیرا آن‌ها انعطاف‌پذیرتر و خطر مالی کمتر دارند. او همچنین پیش‌بینی می‌کند هزینه‌ها زمانی کاهش خواهد یافت که دولت‌ها با ضرورت دستیابی به راه‌حل اقلیمی روبه‌رو شوند و مالیات اعمال‌شده بر کربن افزایش یابد یا قوانین سختگیرانه‌ای برای استانداردهای بهره‌وری انرژی ساختمان‌ها وضع شود. او می‌گوید:البته این چشم‌اندازی رؤیایی است و ایده‌ی آن دادن اختیاراتی به مردم است و نه واگذارکردن کل مسئله به بخش صنعت. بازیگران بخش صنعت این وضعیت را مشاهده می‌کنند؛ ولی تا زمانی‌که در کوتاه‌مدت سودی در کار نباشد، آن‌ها کاری انجام نخواهند داد. اگر تکنولوژی ایمنی داشته باشیم، حتی اگر چندان ارزان نباشد، می‌توانیم حرکت‌هایی در میان برخی از افراد را شاهد باشیم؛ همان‌طورکه در آغاز صنعت انرژی خورشیدی اتفاق افتاد و پس‌ازآن می‌توان انتظار داشت که صنعت نیز به‌سوی آن حرکت کند.