לא מזמן נראה הביטוי "פחם נקי" כמו אוקסימורון. תחנות כוח מפוטרות פולטות מבשלת מכשפה של מזהמי אוויר אשר, אלא אם כן היא מוסרת בעזרת מכשפים, מכתימה את האוויר, יוצרת גשם חומצי ועלולה לגרום לאסטמה או התקפי לב. ומתקני פחם פולטים פעמיים את תחמוצת הפחמן המחממת כדור הארץ של תחנות הכוח המופעלות על גז טבעי.
עם זאת, סוג חדש של כור, כזה שתופס יותר מ- 99 אחוז מהפחמן הדו-חמצני שנוצר כתוצאה משריפת פחם, עשוי להפוך את "פחם נקי" למימוש. ניתן לאחסן פחמן דו חמצני בבטחה מתחת לפני האדמה, שם הוא אינו יכול לתרום לשינויי אקלים.
הכור הזה יתפוס פחמן מבלי להעלות את מחיר החשמל, וזה יכול להפוך אותו למשהו מסחרי. "זוהי דרך חדשה לחלוטין לייצר כוח מפחם שהוא דל פחמן, " אומרת קארמה סוייר המנחה את תוכנית המחקר הפחם הנקי בסוכנות המחקר של משרד האנרגיה האמריקני (DOE) ARPA-E, שמימנה את העבודה.
שריפת פחם אחראית לייצור של כ- 40 אחוז מהחשמל בעולם, אך היא מייצרת שלושה רבעים מתוך יותר מ 12 מיליארד טון פחמן דו חמצני הנפלט במהלך ייצור חשמל וחום. כדי להפוך את הפחם ללא זיהום, יהיה צורך לתפוס את הפחמן הדו-חמצני לפני שהוא נפלט וננעל לצמיתות מתחת לאדמה. אך למרות שנים של מחקר, אף אחת מתחנות הכוח הפטרליות בארצות הברית לא עושה זאת.
עם זאת, תחנות כוח פחם עדיין מספקות חלק ניכר מהחשמל בעולם, ועתודות הפחם בארה"ב ובמקומות אחרים נותרו בשפע ובמחיר סביר. מסיבות אלה - ובגלל העיסוק הפוליטי של ענף הפחם - DOE השקיעה למעלה מ- 3.4 מיליארד דולר לטובת טכנולוגיות לכידת ואחסון פחמן.
הטכנולוגיה המתקדמת ביותר ללכידת פחמן, הנקראת קרצוף אמינים, אפקטיבית ובוגרת, אך היא יקרה מדי. בשפשוף אמין, הקרוי על שם האלקילמינים המשמשים בתהליך, נשרפים תחילה פחם בדרך הרגילה, עם אוויר, וגזי הביוב שנוצרים נובעים דרך נוזל הלוכד את הפחמן הדו-חמצני. ואז הנוזל מחומם כדי לשחרר את הפחמן הדו-חמצני, הנמלט הרבה ככל שפחית סודה קרירה פולטת בועות פחמן דו-חמצני כשהוא מתחמם לטמפרטורת החדר. תהליך זה מבאס כמעט שליש מהאנרגיה המופקת על ידי תחנת הכוח כולה - מספיק כדי להצדיק עליית מחירים של 80 אחוזים לצרכנים. עלייה כזו בעלות אינה ניתנת לביצוע, ולכן השירותים התרחקו מהתקנת מכשפים כאלה.
לפני מספר שנים, DOE קרא לאתגר את החוקרים להמציא טכנולוגיה שיכולה להסיר יותר מ- 90 אחוז מהפחמן הדו-חמצני שנפלט על ידי מפעל, תוך שמירה על מחיר החשמל המונע בפחם ממפעל קונבנציונאלי לעלות עד היום ביותר מ- 35 אחוזים. . עד כה DOE השקיע במחקר על יותר מתריסר טכנולוגיות ניסוי להסרת פחמן. "אין עדיין כדור כסף וזו הסיבה שיש לנו תוכנית גדולה", אומרת לין בריקט, מנהלת החטיבה של חטיבת הצמחים הקיימים במעבדה הלאומית לטכנולוגיית האנרגיה של DOE בפיטסבורג, פנסילבניה.
אחת הטכנולוגיות החדשות המבטיחות ביותר מתחילה בפחם מפושט, תערובת יבשה של עקביות אבקת טלק שכבר נשרפה בתחנות כוח רבות מפחם. הפחם המגורר מעורבב עם חלקיקי ברזל חלודים בחלקם בגודל גלידה המפזרים בתוך כור חם בטמפרטורה של 1, 650 מעלות פרנהייט. תערובת הברזל הפחמית עוברת תגובה כימית המסלקת את החלודה ומייצרת פחמן דו חמצני ואדים, אשר לאחר מכן מקוררים ומים נוזליים מתעבים, ומותירים זרם מטוהר מאוד של פחמן דו חמצני.
חלקיקי הברזל נטולי החלודה עוברים לאחר מכן לכור שני, שם הם נשרפים תחת אוויר, וגורמים להם שוב להחליד. תגובה חלודה זו מייצרת מספיק חום לרתיחת מים, והקיטור שנוצר מניע טורבינת ייצור חשמל.
אין צורך בחימום נפרד של לכידת הפחמן בכדי לשחרר פחמן דו חמצני טהור, כפי שקורה בשחיקת אמין, ומסיבה זו "דרישות האנרגיה ללכידה כמעט זניחות", מסביר ליאנג-שי מאן, הכימיקל באוניברסיטת מדינת אוהיו. מהנדס שהוביל את המחקר הזה.
ניתן לייחד מחדש את התמציות של הטכנולוגיה הבידית, ומספקות עלות יעילות נוספת. את זרם הפחמן הדו-חמצני הטהור ניתן למכור ליצרני נפט, שיכולים להזריק אותו לבארות שהוצאו ברובם על מנת לאפשר מיצוי של פיסות נפט אחרונות אך קשים לאיסוף. ניתן לצבוט את התהליך כדי לייצר מימן טהור בנוסף לחשמל ופחמן דו חמצני, וכי ניתן לשרוף את המימן בצורה נקייה לחשמל או למכור אותו כמוצרי מזון לייצור כימי תעשייתי.
"עבודתו של המאוורר במדינת אוהיו היא התהליך היחיד בעולם שיכול לאפשר לייצור שלושת אלה [חשמל, פחמן דו חמצני ומימן] בנפרד, " אומר סוייר.
המהנדסים השאירו לעצמם גם אפשרויות אחרות. כמה ציוצים לתכנון הכור מאפשרים לו לתפקד במפעלי גיזוז פחם, סוג חדש של תחנת כוח ששורפת חלקית פחם ליצירת גז טבעי סינטטי, או סינגז, ואז שורפת את הסינזום לייצור חשמל. למרות שרק שני מפעלי גיזוז פחם גדולים נמצאים בבנייה בארצות הברית כרגע - במיסיסיפי ואינדיאנה - מומחים צופים כי מפעלי פחם עתידיים רבים ישתמשו בטכנולוגיה.
מאוורר ועמיתיו בנו לאחרונה כור טייס בקנה מידה במעבדה בקמפוס מדינת אוהיו, ובפברואר דיווחו כי הם מנהלים אותו במשך תשעה ימים. זה אולי לא נראה כמו הרבה זמן, אבל זה הטווח הארוך ביותר אי פעם לסוג זה של טכנולוגיית לכידת פחמן. והכור הסיר יותר מ- 99 אחוז מהפחמן הדו-חמצני שיוצר.
למרות ההצלחה, לטכנולוגיה החדשה יש מכשולים רבים לקפוץ לפני שניתן היה להשתמש בה באופן מסחרי. הכור צריך לעבור מבחן בקנה מידה גדול עם גז פליטה אמיתי של תחנת הכוח, שיש בו מזהמים שעלולים לפגוע בחלקי הכור המתכתי, למשל, והוא צריך להחזיק מעמד עד שנים של פעולות בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה.
מבחן כזה מתקיים עבור טכנולוגיית לולאות הסנגאס של הצוות. מהנדסי מדינת אוהיו חברו בחצי תריסר חברות שמייצרות אספקה או חלקים לתחנות הכוח הפטרות לבניית מפעל טייס של 250 קילו-וואט, 250 קילו-ואט, במרכז לכידת הפחמן של DOE בווילסוויל, אלבמה. כור בדיקה זה יפעל על סינז שיוצר במפעל גיזוי פחם בקנה מידה להפגנה המנוהל על ידי חברת דרום במרכז, והוא יפעל בטמפרטורות הגבוהות ובלחצים הגבוהים האופייניים למפעלים מסחריים. (גילוי נאות: חברת הדרום מפרסמת ב- Smithsonian.com, אך סיפור זה הוזמן באופן עצמאי.) "אנו בודקים תנאים מאוד ישים מבחינה מסחרית", אומר אנדרו טונג, חוקר בקבוצה של פאן שעוזר לתאם את מבחן המבחן.
גם אם המאמץ יצליח, יהיה צורך בבדיקות טייס רבות יותר מכיוון שתחנת הכוח הפועלת בפחם גדולה פי אלף ממתקן הטייס באלבמה המתוכנן. הטכנולוגיה של מדינת אוהיו "עדיין צריכה לעשות דרך ארוכה לייצור חשמל בתחנת הכוח המסחרית של פחם או גז טבעי", אומר סוייר.
אם הטכנולוגיה תתגלה כמוצלחת בהיקף נרחב ותוכיח שהיא מסוגלת להוציא את כל הפחמן הדו-חמצני ומזהמי האוויר משריפת פחם, כורים עם לולאות כימיות עדיין לא יהיו הדרך הנקייה, הזולה ביותר או הבריאה ביותר לייצור חשמל. כורי פחם מתים ממחלת ריאות שחורה ושלי מתמוטט, ורכסי הרים שלמים מושתתים לכריית פחם. אפילו פחם נקי מייצר אפר המצטבר בבריכות אחסון או במזבלות, ומאיים על מי תהום ונהרות עם זיהום. כאשר מחשבים עלויות בריאות וסביבה, מתחדשים כמו רוח ושמש נשארים זולים יותר.
אבל כששבעה מיליארד אנשים רעבים לאנרגיה זולה ותחנות כוח פחמיות שגובשות מיליוני טונות של גז אפיית כדור הארץ לאווירה מדי יום, לא ניתן להזניח דרכים חדשות לשרוף פחם בצורה נקייה. "צריך למצוא משהו שיכול להתמודד עם כל האתגרים, " אומר סוייר. "זו הסיבה שהפרויקטים האלה כל כך מרגשים."
