20 جولای 2022 -توسط دانشگاه شفیلد -اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0
سیستم‌های ریلی در سرتاسر جهان می‌توانند با جذب انرژی پایداری که هنگام ترمز و کاهش سرعت قطارها تولید می‌شود، به کاهش تغییرات آب و هوایی و پاکسازی هوا از CO2 کمک کنند.
استارت آپ مستقر در ایالات متحده، شرکت CO2Rail، با تیمی از محققان، از جمله مهندسان دانشگاه شفیلد، برای طراحی فناوری Direct Air Capture (DAC) که دی اکسید کربن را از هوا حذف می کند، کار می کند، که می تواند در واگن های ریلی مخصوص استفاده شود در قطارهایی که از قبل در حال تردد هستند و در سرویس عادی هستند.
واگن‌های ریلی DAC با استفاده از ورودی‌های بزرگ هوا که به سمت جریان لغزش قطار متحرک امتداد می‌یابند، کار می‌کنند تا هوای محیط را به داخل محفظه جمع‌آوری CO2 استوانه‌ای بزرگ منتقل کنند و نیاز به سیستم‌های فن پر انرژی را که برای عملیات DAC ثابت ضروری هستند، از بین ببرد.
سپس هوا از طریق یک فرآیند شیمیایی حرکت می کند که CO2 را از هوا جدا می کند و هوای بدون دی اکسید کربن از پشت یا زیر خارج شده و به جو باز می گردد.
پس از گرفتن مقدار کافی، محفظه بسته می‌شود و دی‌اکسید کربن برداشت‌شده جمع‌آوری، تغلیظ و در یک مخزن مایع ذخیره می‌شود تا زمانی که بتوان آن را از قطار در تعویض خدمه یا توقف سوخت رسانی به واگن‌های ریلی معمولی CO2 تخلیه کرد. سپس به اقتصاد دایره ای کربن به عنوان خوراک ارزش افزوده برای استفاده از CO2 یا به محل های دفن زباله زمین های مجاور منتقل می شود.
هر یک از این فرآیندها به طور انحصاری توسط منابع انرژی پایدار تولید شده که نیازی به ورودی انرژی خارجی یا چرخه شارژ خارج از کار ندارند، تغذیه می‌شوند.
هنگامی که قطار ترمزمی کند، سیستم ترمز انرژی آن حرکت را به سمت جلو به انرژی الکتریکی تبدیل می کند، به همان روشی که یک وسیله نقلیه الکتریکی احیا کننده است. در حال حاضر، این انرژی در قطارها به صورت گرما تلف می شود و در هر مانور ترمز از بالای لوکوموتیو تخلیه می شود.
پروفسور پیتر استایرینگ، مدیر مرکز بریتانیا برای استفاده از دی اکسید کربن در دانشگاه شفیلد و یکی از نویسندگان این تحقیق، می گوید که “گرفتن مستقیم دی اکسید کربن از محیط زیست به طور فزاینده ای به یک ضرورت فوری برای کاهش بدترین اثرات تبدیل تغییر آب و هوا می شود..”
“در حال حاضر مقدار عظیمی از انرژی پایدار که هنگام ترمز یا کاهش سرعت قطار ایجاد می شود به سادگی از بین می رود. این فناوری نوآورانه نه تنها از انرژی پایدار ایجاد شده توسط مانور ترمز برای برداشت مقادیر قابل توجهی CO2 استفاده می کند، بلکه از هم افزایی های بسیاری نیز بهره خواهد برد. که ادغام در شبکه ریلی جهانی فراهم می کند.”
این فناوری مقادیر قابل توجهی از CO2 را با هزینه‌های بسیار پایین‌تر برداشت می‌کند و پتانسیل رسیدن به بهره‌وری سالانه 0.45 گیگاتن تا سال 2030، 2.9 گیگاتن تا سال 2050 و 7.8 گیگاتن تا سال 2075 را دارد که هر خودرو ظرفیت سالانه 3000 تن CO2 را در کوتاه مدت دارد..”
برخلاف عملیات DAC ثابت، که برای ساخت تجهیزات و ساخت منابع تجدیدپذیر انرژی برای تامین انرژی آنها به مناطق وسیعی از زمین نیاز دارد، CO2Rail عموماً توسط عموم دیده نمی شود. تأثیر بالقوه این فناوری اخیراً زمانی که سازمان‌های حمل‌ونقل اروپایی در اوایل این ماه اعلام کردند متعهد به سه برابر کردن استفاده از ریل پرسرعت تا سال 2050 برای محدود کردن سفرهای هوایی سنگین CO2 هستند، پررنگ شد.
اریک باخمن از شرکت CO2Rail می گوید که “به طور متوسط، هر مانور ترمز کامل انرژی کافی برای تامین برق 20 خانه متوسط برای یک روز کامل تولید می کند، بنابراین مقدار انرژی کمی نیست.”
تقریباً برای هر قطار در جهان، این را در هر توقف یا کاهش سرعت ضرب کنید و شما حدود 105 برابر بیشتر از انرژی تولید شده توسط سد هوور در همان مدت زمان دارید، و این یک پروژه ساخت و ساز برق آبی بود که شش سال طول کشید و 760 میلیون دلار به دلار امروز هزینه داشت..”
وی افزود: تصور کنید هر روز صبح وارد قطار می‌شوید، واگن‌های CO2Rail را می‌بینید و می‌دانید که رفت و آمد روزانه شما به محل کار در واقع به کاهش تغییرات آب و هوایی کمک می‌کند.
در مورد حمل و نقل نیز به همین صورت عمل می کند، اگر بین راه آهن و روش دیگری از حمل و نقل انتخابی وجود داشته باشد، فکر می کنم این فناوری بسیاری از کشتی ها را تحت تاثیر قرار خواهد داد.
این تیم که شامل محققانی از دانشگاه شفیلد، دانشگاه تورنتو، MIT، پرینستون، بازرگانی و صنعت است، دریافتند که هر واگن جذب مستقیم هوا می‌تواند سالانه حدود 6000 تن دی‌اکسید کربن از هوا و حتی بیشتر از آن به‌عنوان فناوری برداشت کند را توسعه می دهد. علاوه بر این، از آنجایی که قطارها می توانند چندین واگن CO2Rail را میزبانی کنند، هر قطار چند برابر تناژ CO2 مربوطه را برداشت می کند.
با توجه به نیازهای انرژی پایدار آن که منحصراً توسط منابع تولید شده توسط قطار و بدون هزینه افزایشی تامین می‌شود، صرفه‌جویی 30 تا 40 درصدی در هر تن CO2 برداشت‌شده تنها از طریق ورودی‌های انرژی حاصل می‌شود.
این امر، همراه با صرفه جویی های قابل توجه دیگر مانند زمین، هزینه پیش بینی شده را در مقیاس به کمتر از 50 دلار کاهش می دهد.
