![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
تأثیرات سوختهای مبتنی بر CO2 برای بخش حمل و نقل بار برزیل بر مرزها
بخش حمل و نقل بار برزیل عمدتاً جادهای است و سهم قابل توجهی در انتشار CO2 و هزینههای حمل و نقل کشور دارد. با توجه به این زمینه، تولید دیزل مبتنی بر CO2 (CO2D) به عنوان یک جایگزین بالقوه برای کاهش اثرات زیستمحیطی ضمن همسو با اصول اقتصاد چرخشی پیشنهاد شده است. این مقاله، سطح پایداری مطلقی را که میتواند توسط بخش حمل و نقل بار جادهای برزیل (RFT) در صورت جایگزینی دیزل به روش معمول (BAU) با CO2D حاصل شود، ارزیابی میکند. این امر با مقایسه تأثیرات این بخش با ظرفیت اکولوژیکی سیاره، همانطور که در چارچوب مرزهای سیارهای مشخص شده است، حاصل میشود. هجده سناریو برای تولید CO2D با ترکیب سه فناوری جایگزین جذب CO2 (رکتیزول، جذب مبتنی بر MEA (MEA) و جذب نوسان فشار خلاء (PVSA))، دو فناوری تصفیه گاز سنتز (جذب مبتنی بر MDEA (MDEA) و جذب نوسان فشار (PSA)) و سه منبع برق (شبکههای جنوبی (S)، شمال شرقی (NE) و جنوب شرقی (SE) برزیل) توسعه داده شد. نتایج نشان میدهد که بخش RFT برزیل، با استفاده از CO2D، به طور قابل توجهی از آستانههای تغییرات اقلیمی فراتر میرود، به طوری که عدم تعادل انرژی در بالای جو و بار غلظت CO2 اتمسفری به ترتیب از 1.96 تا 3.48 برابر و 1.74 تا 3.10 برابر بالاتر از محدودیتهای سیارهای است. معیار ردپای مرزی سیارهای، که میانگین تجاوز در تمام مرزها را محاسبه میکند، نشان میدهد که سناریوهایی که از PSA به عنوان فناوری تصفیه گاز سنتز (سناریوهای PSA) استفاده میکنند، 4 تا 9 درصد بدتر از سناریوی کسب و کار معمول (BAU) عمل میکنند؛ اما همچنان بهتر از سناریوهایی با جذب مبتنی بر MDEA به عنوان فناوری تصفیه گاز سنتز (سناریوهای MDEA) هستند که 87 تا 118 درصد از سناریوی BAU فراتر میروند. برای تأثیرات بر سلامت انسان، سناریوهای PSA سناریوی BAU را 5 تا 8 درصد بهبود میبخشند، در حالی که سناریوهای MDEA تأثیراتی 25 تا 40 درصد بیشتر از سناریوی BAU ایجاد میکنند. سناریوهای PSA مطلوبتر هستند زیرا از انرژی مورد نیاز برای بازسازی حلال در سناریوهای MDEA جلوگیری میکنند. هیچ تفاوت معناداری بین سناریوهایی که در آنها فناوری جذب CO2 یا منابع برق تغییر کرده بود، مشاهده نشد. در مجموع، CO2D در کاهش اثرات RFT برزیلی شکست میخورد و در برخی موارد، آنها را تشدید میکند. با این حال، این نتایج نشان میدهد که ادغام انرژیهای تجدیدپذیر و فناوریهای جایگزین در تولید CO2D میتواند مسیری امیدوارکننده برای کاهش اثرات زیستمحیطی آن باشد و به طور بالقوه از سناریوی BAU بهتر عمل کند.
مقدمه
ماتریس حمل و نقل بار برزیل عمدتاً مبتنی بر جاده است. طبق EPL (2018)، حمل و نقل جادهای برزیل در سال 2025، 1900 میلیارد کیلومتر تخمین زده میشود که 114 میلیون تن CO2 منتشر میکند و 311 میلیارد رئال (حدود 60 میلیارد دلار آمریکا) هزینه دارد. این مقادیر معادل 64 درصد از کل حمل و نقل، 85 درصد از انتشار CO2 و 91 درصد از هزینههای حمل و نقل در کشور است. این امر لزوم کاهش اثرات بخش حمل و نقل جادهای را برجسته میکند.
در عین حال، چشمانداز انرژی برزیل در حال تحول است. کشف ذخایر نفت پیش از نمک، برزیل را به عنوان یک صادرکننده مهم نفت قرار داده است و میادین آبهای عمیق باعث افزایش تولید شدهاند. با وجود این، برزیل اهداف اقلیمی بلندپروازانهای را تعیین کرده است، از جمله دستیابی به انتشار خالص صفر تا سال 2050، کاهش انتشار کربن تا 50 درصد و حذف جنگلزدایی غیرقانونی تا سال 2030، که همه اینها توسط یک استراتژی ملی هیدروژن و سایر اقدامات پایداری پشتیبانی میشوند. این سناریو چالش دوگانه حفظ امنیت انرژی در عین گذار به جایگزینهای کمکربن را برجسته میکند (IEA، 2024).
در این زمینه، توجه به توسعه فرآیندهای کارآمد که اصول اقتصاد چرخشی (Zarandi و همکاران، 2023) را برای تولید سوختهای مصنوعی با استفاده از CO2 به عنوان خوراک اولیه – که به عنوان دیزل مبتنی بر CO2 (CO2D) شناخته میشود – در نظر گرفته میشوند، رو به افزایش است. فناوریهای تولید سوختهای مبتنی بر CO2، مانند واکنش فیشر-تروپش (FT) یا واکنش جابجایی معکوس آب-گاز (RWGS) همراه با FT، فناوریهای بالغی هستند که میتوانند به یافتن یک جایگزین مناسب کمک کنند.
واکنش RWGS، CO2 و H2 را به CO و H2O تبدیل میکند و به عنوان یک گام کلیدی در فرآیندهایی مانند استفاده از CO2 و تولید گاز سنتز عمل میکند. این یک واکنش گرماگیر است که تولید CO، یک ماده اولیه حیاتی برای سنتزهای شیمیایی مختلف را ممکن میسازد (Santos و همکاران، 2023). فرآیند FT، به نوبه خود، از گاز سنتز (CO و H2) یا CO2 و H2 برای تولید هیدروکربنها، از گازهای سبک گرفته تا سوختهای مایع، بسته به شرایط واکنش، استفاده میکند. RWGS و FT برای بازیافت کربن و سنتز سوخت پایدار، با ادغام CO2 و گاز سنتز در محصولات شیمیایی ارزشمند، مرکزیت دارند (Espinoza و همکاران، 1999). سنتز FT به دلیل رقابت اقتصادی آن، به ویژه در دورههای قیمت بالای گاز طبیعی، با توجه به نوسانات فزاینده این بخش و مزایای زیستمحیطی آن، توجه ویژهای را به خود جلب کرده است (Gill و همکاران، 2011). حدود 10 کارخانه FT در بخش تجاری فعالیت میکنند (Graciano و همکاران، 2018). تحقیقات اخیر، ادغام RWGS و FT را با تمرکز بر هزینه و بهرهوری انرژی بررسی کردهاند. با این حال، اکثر مطالعات محدود به ارزیابیهای فنی-اقتصادی یا در سطح فرآیند هستند و تعداد کمی از آنها به بدهبستانهای زیستمحیطی گستردهتر از منظر چرخه عمر کامل یا سیارهای پرداختهاند.
مطالعه قبلی ما (Santos و همکاران، 2024) ارزیابی جامعی ارائه داد که دیدگاههای فنی، اقتصادی و زیستمحیطی را با استفاده از ابزار GREENSCOPE برای تولید دیزل مبتنی بر CO2 (CO2D) از طریق واکنش RWGS و سنتز FT ترکیب میکرد. این تجزیه و تحلیل، شدت انرژی بالا و پایداری اقتصادی نامطلوب را بدون کاهش قابل توجه هزینه یا مشوقهای سیاستی، مانند اعتبارات کاهش CO2، نشان داد. با وجود این، ما مسیرهایی را برای افزایش پایداری شناسایی کردیم که با کاهش انتشار کربن و ترویج شیوههای صنعتی سبزتر همسو هستند. ارزیابی زیستمحیطی نشاندهنده کاهش CO2 است که پتانسیلهای منفی گرمایش جهانی را به همراه دارد. با این حال، بسیاری از اثرات زیستمحیطی مرتبط با تولید CO2D از فرآیندهای خارج از مرزهای صنعت ناشی میشوند، و گنجاندن فعالیتهای بالادستی و پاییندستی در یک ارزیابی زیستمحیطی جامع و منصفانه را ضروری میسازد (Barnosell و Pozo، 2024).
برای رفع این شکاف تحقیقاتی، ما ارزیابی چرخه حیات (LCA) را به عنوان ابزاری حیاتی برای انجام این ارزیابیها در این مقاله پیادهسازی کردیم (Ganesh et al., 2021; Somoza-Tornos et al., 2020). LCA اثرات زیستمحیطی کالاها و خدمات را در طول چرخههای حیات آنها ارزیابی میکند و از طریق تجزیه و تحلیل مقایسهای به شناسایی استراتژیهایی که کارایی زیستمحیطی و اقتصادی را متعادل میکنند، کمک میکند (Bjørn et al., 2020). نمونههایی از تطبیقپذیری LCA شامل مطالعاتی است که این تکنیک را در برنامهریزی و مدیریت پسماند جامد شهری (Paes et al., 2018)، بهینهسازی زنجیره تأمین (Sakamoto et al., 2023)، طراحی یک واحد تولید برق مبتنی بر بیوگاز (Miranda and Kulay, 2023) و یک مجتمع تصفیه فاضلاب برای به دست آوردن آب آشامیدنی (Pithon et al., 2022) به کار بردهاند. با این حال، LCA سنتی نمیتواند پایداری مطلق را تعیین کند، زیرا معیارهایی را بر اساس ظرفیت اکولوژیکی زمین برای نمرات تأثیر آن ارائه نمیدهد (بارنوسل و پوزو، 2024).
برای رفع این محدودیت، ما دو رویکرد را در پژوهش خود گنجاندهایم. رویکرد اول، چارچوب مرزهای سیارهای (PB) است که نه فرآیند کلیدی سیستم زمین را که برای تابآوری سیارهای حیاتی هستند، تعریف میکند. این چارچوب، محدودیتهای کمی را برای متغیرهای کنترلی خاص تعیین میکند و یک فضای عملیاتی امن (SOS) را برای فعالیتهای انسانی مشخص میکند (ریچاردسون و همکاران، 2023). عبور از این مرزها، خطر آسیب جبرانناپذیر به اکوسیستمها را به همراه دارد و ظرفیت آنها را برای حمایت از رفاه انسان تضعیف میکند (لنتون و همکاران، 2019؛ توماس، 2016). چارچوب PB بهروز شده، همانطور که توسط استفن و همکاران (2015) پیشنهاد شده است، به عنوان مرجع عمل میکند. در کنار این، ما از روش ارزیابی تأثیر چرخه حیات PB (PB-LCIA) (ریبرگ و همکاران، 2018) استفاده میکنیم که امکان بیان دادههای LCA را بر اساس متغیرهای کنترل PB فراهم میکند. این روش که به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است (ریبرگ و همکاران، ۲۰۱۸؛ ریبرگ و همکاران، ۲۰۱۸)، امکان ارزیابی پایداری مطلق زیستمحیطی محصولات و فرآیندها را فراهم میکند.
اگرچه چارچوب PB اذعان میکند که سلامت انسان (HH) به حفظ سیستمهای طبیعی بستگی دارد، اما تأثیرات مستقیم بر سلامت را حذف میکند. برای پرداختن به این موضوع، این مقاله، همانطور که در تحقیقات قبلی انجام شده است (Cabrera-Jiménez و همکاران، 2023؛ Cobo و همکاران، 2022)، تأثیر HH را نیز در نظر میگیرد. علاوه بر این، شاخص سنتی پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) نیز ارزیابی میشود تا نتایج آن با نتایج متغیرهای کنترل مرتبط با مرز سیارهای تغییرات اقلیمی (یعنی عدم تعادل انرژی در بالای جو و غلظت CO2 اتمسفر) مقایسه شود. این رویکرد با روشهایی مانند روشهای استفاده شده توسط Cabrera-Jiménez و همکاران (2023) که از تجزیه و تحلیل ردپای کربن برای ارزیابیهای مقایسهای مشابه استفاده کردند، همسو است.
بنابراین، هدف این مطالعه ارزیابی عملکرد مطلق زیستمحیطی تولید دیزل مبتنی بر CO2 (CO2D) در برزیل با استفاده از LCA یکپارچه با چارچوب مرزهای سیارهای است. هجده سناریو برای تولید CO2D بررسی شده است. این سناریوها با ترکیب فناوریهای مختلف جذب CO2 و تصفیه گاز سنتز با منابع برق به دست آمدهاند و تجزیه و تحلیل گستردهتری نسبت به تحقیقات قبلی ارائه میدهند. این مطالعه با اتخاذ دیدگاهی از گهواره تا گور، پتانسیل CO2D را برای کاهش اثرات زیستمحیطی و سلامت انسان در مقایسه با دیزل فسیلی، با توجه ویژه به تأثیرات بر PBها، ارزیابی میکند. هدف، شناسایی، تعیین کمیت و تفسیر اثرات زیستمحیطی فرآیند تولید CO2D در مورد PBها با استفاده از LCA است. (منبع).