เครื่องดูดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากอากาศ

(ภาพจาก https://news.stanford.edu)

เมื่อไม่นานมานี้หลายคนคงได้ทราบข่าวการประชุมของสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศโลกครั้งที่ 24 (COP24) รวมถึงประกาศของคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (IPCC) ที่กระตุ้นให้ทุกประเทศปรับตัวอย่างจริงจังมากขึ้นในการลดปริมาณการปล่อยแก๊สเรือนกระจก และเสนอให้ปรับเป้าหมายไม่ให้อุณหภูมิของโลกเพิ่มสูงเกินกว่า 1.5 องศาเซลเซียส จากอุณหภูมิเฉลี่ยก่อนหน้าการปฏิวัติอุตสาหกรรม หากสูงเกินไปกว่านี้เราจะปรับตัว รับมือกับผลที่ตามมาได้ยาก ทั้งปัญหาระดับน้ำทะเลสูงขึ้น ปะการังเสียหาย ผลผลิตการเกษตรลดลง เกิดวิกฤตอาหาร ปริมาณน้ำจืดลดลง คลื่นความร้อน ความแห้งแล้งและไฟป่าที่รุนแรงขึ้นในบางพื้นที่ ในขณะเดียวกับที่บางพื้นที่ก็ต้องเผชิญกับฝนและพายุที่มากขึ้น [1] ขณะนี้อุณหภูมิโลกได้เพิ่มขึ้นไปแล้ว 1 องศาเซลเซียส และหากเรายังคงปล่อยแก๊สด้วยอัตราเท่าเดิม พร้อมทั้งประชากรโลกที่เพิ่มขึ้นอีกในอนาคต อุณหภูมิโลกคงพุ่งสูงขึ้นเกินขอบเขตที่ตั้งไว้แน่นอน


แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เป็นแก๊สเรือนกระจกที่มีความสำคัญมากชนิดหนึ่ง เพราะมันถูกปล่อยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศในปริมาณมากจากกิจกรรมของมนุษย์ ด้วยคุณสมบัติเฉพาะที่สามารถกระจายตัวอยู่ในชั้นบรรยากาศได้นานและดูดกลืนความร้อนหรือคลื่นในช่วงอินฟราเรดได้ดี มันจึงกักเก็บความร้อนเอาไว้ ทำให้โลกมีอุณหภูมิสูงขึ้นเรื่อยๆ ความจริงแล้วกระบวนการนี้มีประโยชน์ตามธรรมชาติ ที่ช่วยให้โลกอบอุ่นขึ้นและอยู่อาศัยได้ แต่การเพิ่มปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่มากเกินไปจากกิจกรรมของมนุษย์ ทำให้อุณหภูมิของโลกสูงขึ้นเกินคำว่าอบอุ่นไปมาก


การพัฒนาเทคโนโลยีที่ใช้ในการดักจับและกำจัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จึงมีความสำคัญ เป็นเครื่องทุ่นแรงบรรเทาวิกฤตนี้ได้ แต่เดิมเราให้ความสำคัญกับการดักจับแก๊สที่ถูกปล่อยมาจากแหล่งกำเนิดโดยตรง เช่น โรงไฟฟ้า โรงกลั่น หรือโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่มีการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล ^[2] ในปฏิกิริยาการเผาไหม้นั้น จะทำให้เกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ผสมอยู่กับแก๊สอื่นๆ เช่น ไอน้ำ ไฮโดรเจน ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ เป็นต้น เรียกว่าฟลูแก๊ส (flue gas) ซึ่งจำเป็นต้องผ่านกระบวนการแยกแก๊ส โดยปล่อยให้ลอยผ่านสารละลายที่มีส่วนประกอบของเอมีน ซึ่งเป็นสารที่มีหมู่อะมิโน หรือ -NH₂ เป็นหมู่ฟังก์ชัน เอมีนนี้จะทำปฏิกิริยาเคมีกับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และปล่อยแก๊สอื่นๆ ออกไป สารประกอบเอมีนและคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกให้ความร้อนด้วยไอน้ำ เพื่อสลายพันธะและแยกแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์บริสุทธิ์ออกมา แก๊สที่ได้จะถูกบีบอัดให้กลายเป็นของเหลวเพื่อให้ง่ายต่อการขนส่ง ของเหลวนี้จะถูกส่งไปฝังไว้ใต้ดินในพื้นที่ที่มีสภาพทางธรณีวิทยาที่เหมาะสม เพื่อป้องกันไม่ให้มันรั่วไหลเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ วิธีการนี้มีความสำคัญและมีประโยชน์มากต่อการลดปริมาณการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากโรงงานขนาดใหญ่ให้เป็นศูนย์  

ภาพแสดงขั้นตอนการกำจัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (ภาพจาก http://www.captureready.com)

แต่แค่ลดลงเป็นศูนย์ยังไม่พอ มันต้องติดลบ! 
ติดลบหมายความว่า นับจากนี้เราต้องกำจัดให้มากกว่าที่เราจะปล่อยออกไป คือไม่ใช่แค่ดักจับและกำจัดแก๊สที่สร้างขึ้นมาใหม่เมื่อมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงเท่านั้น แต่เราต้องกำจัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่แล้วในชั้นบรรยากาศ เพราะจากหลักฐานและงานวิจัยได้แสดงให้เห็นว่า ถึงแม้เราจะหยุดปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ทั้งหมดในทันที ด้วยปริมาณแก๊สที่มีอยู่แล้วในชั้นบรรยากาศนั้น อุณหภูมิของโลกก็จะยังคงเพิ่มสูงขึ้นต่อไป ในความเป็นจริง เราลดการปล่อยแก๊สได้ช้ากว่าที่ควรจะเป็นเสียอีก ดังนั้นเทคโนโลยีที่จะกำจัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์โดยตรงจากชั้นบรรยากาศ จึงมีความจำเป็นมาก นอกจากนั้นเทคโนโลยีนี้ยังจะช่วยกำจัดแก๊สที่ถูกปล่อยมาจากครัวเรือน โรงงานขนาดเล็กและกิจกรรมทั่วไปของมนุษย์ ที่ยังไม่สามารถติดตั้งเครื่องกำจัดแบบแรกได้ 
 

อุปกรณ์ดักจับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ของบริษัท Climeworks (ภาพจาก http://www.climeworks.com)

บริษัทที่เป็นหนึ่งในผู้ริเริ่มเทคโนโลยีนี้ ชื่อ Climeworks ริเริ่มโดยนักศึกษาปริญญาโท 2 คน ชื่อ Christoph Gebald และ Jan Wurzbacher ณ เมืองซูริค ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ ^[3] ไม่นานมานี้เอง พวกเขาได้พัฒนาและเริ่มใช้งานอุปกรณ์ของเขาในระดับอุตสาหกรรมเป็นครั้งแรก เครื่องนี้ประกอบด้วยส่วนหลักๆ คือ พัดลมขนาดใหญ่ ปล่องหรือช่องลมสำหรับให้อากาศผ่าน และแผ่นกรองแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่ติดตั้งอยู่ภายใน เมื่ออากาศไหลผ่านเข้าไปยังอุปกรณ์ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะทำปฏิกิริยาเคมีกับแผ่นกรอง ซึ่งเป็นสารประกอบเอมีน คล้ายกับการแยกแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในแบบเดิม แต่อยู่ในสถานะของแข็ง ^[4] หลังจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ถูกจับไว้ด้วยเอมีน อากาศที่สะอาดแล้วก็จะถูกปล่อยออกไปอีกด้านหนึ่ง ถึงจุดหนึ่งแผ่นกรองจับคาร์บอนไดออกไซด์ไว้ในปริมาณมากจนอิ่มตัว ช่องลมนั้นก็จะถูกปิดและดูดอากาศออก เป็นสภาวะสุญญากาศ เครื่องนี้ก็จะมีระบบการให้ความร้อนกับแผ่นกรองจนมีอุณหภูมิประมาณ 100 องศาเซลเซียส เพื่อกระตุ้นให้โมเลกุลของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ถูกปล่อยออกมาและถูกแยกออกไป เมื่อแผ่นกรองเย็นลง สารเอมีนกลับเข้าสู่สภาวะเริ่มต้น เปิดช่องลม ก็พร้อมที่จะจับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ต่อไป กระบวนการทั้งหมดนี้ ใช้พลังงานไฟฟ้าจากเซลล์สุริยะและความร้อนจากการเผาขยะหรือเหลือใช้จากโรงงานต่างๆ ข้างเคียง จึงไม่ก่อให้เกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ใหม่อีก 
 

ภาพแสดงขั้นตอนการจับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (ภาพจาก https://www.carbonbrief.org/)

ถึงแม้ว่ามันจะเป็นตัวร้ายในเรื่องนี้ แต่แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ก็มีความดีอยู่บ้าง!
แก๊สที่ถูกจับมาส่วนหนึ่งก็สามารถส่งไปกำจัด ฝังไว้ใต้ดิน เพื่อลดความเสี่ยงจากปริมาณที่มากเกินไป แต่นอกจากนั้น เรายังสามารถสร้างมูลค่าให้กับแก๊สเหล่านี้ได้ อย่างบริษัท Climeworks ในปัจจุบัน แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่จับได้จากเครื่องต้นแบบนี้ ถูกส่งเข้าไปในเรือนกระจกปลูกผัก ทำให้เขามีมะเขือเทศและแตงกวาที่เติบโตได้ดีขึ้น เขาก็ยังมีแผนที่จะขายต่อแก๊สเหล่านี้ไปยังผู้ประกอบการรายอื่นๆ เช่น ธุรกิจเครื่องดื่ม น้ำอัดลม ธุรกิจรถยนต์ เป็นต้น นอกจากนั้นยังมีอีกบริษัทที่น่าสนใจ ชื่อ Carbon Engineering บริษัทสัญชาติแคนาดาที่เกิดจากนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด David Keith และนักลงทุนชื่อดังอย่าง Bill Gates และ Norman Murray Edwards ที่ได้มีการสร้างเครื่องดักจับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศเช่นเดียวกัน เพียงแต่หลักการทำงานอาจแตกต่างออกไปบ้าง ^[5] สิ่งที่น่าสนใจคือ นอกจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่จับได้จะถูกนำไปกำจัดแล้ว อีกหนึ่งช่องทางการใช้ประโยชน์ของเขา คือการนำไปเป็นส่วนประกอบตั้งต้นในการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์สำหรับใช้ในยานพาหนะทั่วไป พูดอีกอย่างก็คือ ดูดเอาแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากการเผาไหม้น้ำมัน หรือเชื้อเพลิงต่างๆ มาสร้างน้ำมันอีกครั้งหนึ่ง นี่จะช่วยให้ภาพรวมของปริมาณการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากยานพาหนะเป็นศูนย์ได้ และยังช่วยในช่วงการเปลี่ยนผ่านระหว่างยานพาหนะแบบเดิมที่ใช้น้ำมันไปสู่แบบใหม่ที่ใช้พลังงานไฟฟ้าได้ด้วย การสร้างเชื้อเพลิงสังเคราะห์นี้ จะนำแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่จับมา ประกอบกับแก๊สไฮโดรเจนที่ได้จากการแยกน้ำด้วยพลังงานไฟฟ้า จากนั้นก็เข้าสู่กระบวนการสังเคราะห์ให้ได้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนหรือน้ำมันที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบัน ขณะนี้พวกเขาได้สร้างเครื่องต้นแบบที่ใช้งานได้จริงแล้ว แต่ก็คงต้องพัฒนาเรื่องราคาต่อไปให้แข่งขันกับน้ำมันทั่วไปในท้องตลาดได้ ซึ่งก็ถือว่าเข้าใกล้ความจริงมากแล้ว 


ทั้งหมดนี้นับว่านี้เป็นเทคโนโลยีที่มีความสำคัญมากต่อความเป็นอยู่ของมนุษย์และต้องมีการสนับสนุนให้ใช้งานอย่างแพร่หลายโดยเร็ว อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีการดักจับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศนี้ไม่ได้มาแทนการกำจัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากแหล่งผลิตแบบเดิม ต้องใช้ควบคู่กันไป และที่แน่นอนก็คือ เราทุกคนก็ยังคงต้องช่วยกันลดปริมาณการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อลดความรุนแรงของวิกฤตการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศนี้ด้วย 


การพัฒนาเทคโนโลยีนี้เป็นเพียงด้านหนึ่งของการจำกัดปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่สะสมในชั้นบรรยากาศเท่านั้น นโยบายภาครัฐก็มีส่วนสำคัญในการผลักดัน เพื่อให้เกิดความเป็นธรรมแก่ภาคอุตสาหกรรมและประชาชนทั่วไป และอีกด้านหนึ่งของการแก้ไขปัญหานี้ก็คือการตระหนักรับรู้ของประชาชน ที่ต้องให้ความสำคัญ ปรับตัว ให้สอดคล้องไปกับวิกฤตการณ์นี้ด้วย เพราะนี่เป็นสิ่งที่เราทุกคนต้องร่วมกันรับผิดชอบ


 

เรียบเรียงโดย

ชนกานต์ พันสา
ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัย Cambridge สหราชอาณาจักร

• [1] David Roberts, “This graphic explains why 2 degrees of global warming will be way worse than 1.5,” 2018. [Online]. Available:https://www.vox.com/energy-and-environment/2018/1/19/16908402/global-warming-2-degrees-climate-change.
• [2] DEBRA RONCA, “How Carbon Capture Works.” [Online]. Available:https://science.howstuffworks.com/environmental/green-science/carbon-capture1.htm.
• [3] “Climeworks.” [Online]. Available:http://www.climeworks.com.
• [4] C. Gebald, “DEVELOPMENT OF AMINE-FUNCTIONALIZED ADSORBENT FOR CARBON DIOXIDE CAPTURE FROM ATMOSPHERIC AIR,” no. 21853, 2014.
• [5] “Carbon Engineering.” [Online]. Available:http://carbonengineering.com.