يمكن أن تؤدي أنظمة التقاط الكربون المباشر الناشئة إلى إحداث ثورة في جهود إزالة الكربون، وتحويل ثاني أكسيد الكربون المذاب إلى بلاستيك قابل للتحلل الحيوي، والمساعدة في التخفيف من الآثار المدمرة لتحمض المحيطات على الحياة البحرية.
تُعدّ محيطاتنا خزانات هائلة لثاني أكسيد الكربون، إذ تحتوي على ما يقارب 150 ضعف كمية ثاني أكسيد الكربون الموجودة في الغلاف الجوي للأرض. ويأتي هذا التخزين الطبيعي بتكلفة باهظة، حيث تُساهم المستويات المتزايدة من ثاني أكسيد الكربون في تحمض المحيطات ، وهو تحوّل كيميائي يُهدد صحة النظم البيئية البحرية على مستوى العالم.
يحدث تحمض المحيطات عندما يذوب ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر، مكونًا حمض الكربونيك، مما يقلل من درجة الحموضة (pH) وتوافر أيونات الكربونات الضرورية للحياة البحرية لبناء الأصداف والهياكل العظمية. يهدد هذا التدهور الشعاب المرجانية والمحاريات والعوالق وغيرها من الكائنات الحية المتكلسة، مما يؤدي إلى آثار متتالية على التنوع البيولوجي وسلاسل الغذاء البحرية. وقد لوحظت اختلافات إقليمية في التحمض، إلا أن الاتجاه الأوسع نطاقًا يشكل خطرًا جسيمًا على صحة المحيطات ومصائد الأسماك، مما يقوض التنوع البيولوجي البحري وخدمات النظم الإيكولوجية.
حذّر خبراء من الوكالة الدولية للطاقة الذرية وأكثر من 150 عالمًا بحريًا من أن وتيرة تحمض المحيطات السريعة غير مسبوقة منذ عشرات ملايين السنين. وإذا لم يُكبح جماحها، فقد يصبح جزء كبير من المحيط غير صالح للشعاب المرجانية بحلول منتصف القرن، مما يؤثر بشكل كبير على الأنواع التي تعتمد على هذه الموائل.
يؤثر هذا الاضطراب أيضًا على مجموعة واسعة من الكائنات البحرية، إلى جانب الشعاب المرجانية، بما في ذلك الأسماك والأعشاب البحرية، التي يواجه العديد منها تحديات فسيولوجية وأخرى تتعلق بالبقاء نتيجةً لتغير كيمياء المحيطات. وتؤكد العواقب الاقتصادية والبيئية على الحاجة الملحة لمعالجة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بشكل حاسم.
في مواجهة هذه التحديات، تبرز مناهج تكنولوجية مبتكرة. ومن التطورات الواعدة تقنية الالتقاط المباشر للمحيطات (DOC)، وهي عملية تستخرج ثاني أكسيد الكربون المذاب مباشرةً من مياه البحر باستخدام وسائل كهروكيميائية. ورغم أن تقنية الالتقاط المباشر للمحيطات لم تُنشر على نطاق واسع بعد، وأن تكاليفها الأولية لا تزال مرتفعة، حيث تُقدر بحوالي 373 دولارًا أمريكيًا للطن من ثاني أكسيد الكربون، إلا أن الأبحاث الحديثة التي أجرتها الأكاديمية الصينية للعلوم وجامعة العلوم والتكنولوجيا الإلكترونية في الصين تُقدم تقدمًا ملحوظًا. إذ يحقق نظام الالتقاط المباشر للمحيطات كفاءةً تبلغ حوالي 70%، ويعمل بتكلفة طاقة تبلغ حوالي 3 كيلوواط/ساعة لكل كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون، ويُخفض تكاليف الالتقاط إلى حوالي 230 دولارًا أمريكيًا للطن.
تبدأ هذه الطريقة المبتكرة بتحميض مياه البحر باستخدام الكهرباء لإطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون النقي، وبعد ذلك تُعاد كيمياء الماء إلى حالتها الطبيعية وتُعاد إلى المحيط بأمان. يُحوّل غاز ثاني أكسيد الكربون المُلتقط إلى حمض الفورميك عبر مفاعل تحفيزي قائم على البزموت. يعمل حمض الفورميك كركيزة عالية الطاقة للبكتيريا البحرية المُهندَسة، وتحديدًا سلالة من بكتيريا ضمة ناتريجنز، التي تُستقلب حمض الفورميك لإنتاج حمض السكسينيك. يُستخدم حمض السكسينيك كمادة أولية للبلاستيك القابل للتحلل الحيوي، وخاصةً سكسينات البولي بوتيلين (PBS)، مما يُوفر بديلاً مستدامًا للبلاستيك المُصنّع من البتروكيماويات.
في حين أن هذا النهج لا يزال في مرحلة البحث والتطوير، فإن إمكانية تحويل الكربون المذاب في المحيطات إلى مواد كيميائية حيوية قيّمة، مثل البلاستيك القابل للتحلل الحيوي، تشير إلى حل متعدد الجوانب. فإلى جانب البلاستيك، يمكن تكييف الإطار التكنولوجي نفسه لتصنيع مواد كيميائية مفيدة للوقود والأدوية وإنتاج الغذاء. ومع ذلك، لا تزال الجداول الزمنية للتسويق والجدوى الاقتصادية غير مؤكدة، حيث تسعى شركات أخرى، مثل شركة Brineworks الهولندية، إلى تحقيق أهداف مماثلة بتوقعات أسعار تنافسية.
يتطلب التصدي لتحمض المحيطات خفض الانبعاثات واستراتيجيات مبتكرة لإدارة الكربون. وكما يتضح من تقنية الكربون العضوي المذاب الناشئة هذه، فإن الجمع بين احتجاز الكربون والإنتاج الكيميائي المستدام قد يحقق فائدة مزدوجة: حماية النظم البيئية البحرية مع تعظيم قيمة الكربون المحتجز. وستكون السنوات القادمة حاسمة لمتابعة تطور هذه التقنيات ودمجها في الجهود الأوسع نطاقًا لحماية صحة المحيطات ومكافحة تغير المناخ.
