ما هي كمية الطاقة اللازمة لسحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء؟

تغير المناخ. إنه أمر سيء، والأمر يزداد سوءًا. السبب الرئيسي هو حرق الوقود الأحفوري، الذي ينفث ثاني أكسيد الكربون₂ في الغلاف الجوي. ثاني أكسيد الكربون، كما نعلم جميعًا جيدًا الآن، هو أحد الغازات الدفيئة، مما يعني أنه يمتص الإشعاع الحراري من الأرض، ويمنعه من الهروب إلى الفضاء.

تعتبر كمية معينة من هذا جيدة، بدون ثاني أكسيد الكربون₂ ستكون الأرض باردة جدًا، وستتجمد المحيطات. ولكن في عصور ما قبل الصناعة كان تركيز ثاني أكسيد الكربون₂ في الغلاف الجوي كان حوالي 280 جزءًا في المليون. أما الآن فقد وصل إلى 420 جزء في المليون، أو أعلى بنسبة 50 بالمائة. (قد تتفاجأ بمعرفة أن CO₂ يمثل 0.04% فقط من الهواء الذي نتنفسه، لكن هذا يكفي لتدمير كل شيء.)

ماذا لو تمكنا من إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي؟ هذه فكرة تقوم بعض الشركات الناشئة بتجربتها، وتُسمى بالتقاط الهواء المباشر. المشكلة الوحيدة هي أن إزالة جزء صغير من C0₂ من الهواء، الذي يتكون من 99% من النيتروجين والأكسجين، يستهلك الكثير من الطاقة، وجوعنا للطاقة هو ما أوصلنا إلى هذه الفوضى في المقام الأول.

ما مقدار الطاقة التي ستستغرقها؟ أنا سعيد لأنك سألت. يمكننا تقدير ذلك باستخدام بعض الأفكار الأساسية في الديناميكا الحرارية.

التوسع الحر للغاز

لنبدأ بمثال بسيط. تخيل أن لدينا صندوقًا حجمه متر مكعب واحد، وبه فاصل يقسمه إلى نصفين متساويين. فهو يحتوي من جهة على النيتروجين عند الضغط الجوي ودرجة الحرارة، ومن جهة أخرى فهو فارغ تماما. هنا رسم تخطيطي:

يمكننا تمثيل هذا الغاز على شكل مجموعة من الكرات الصغيرة (جزيئات النيتروجين) التي تتقافز حولها. عندما تصطدم كرة النيتروجين بجدار الحاوية، فإنها تعطيها دفعة صغيرة. كل هذه الدفعات هي التي تسبب ضغط الغاز. في هذه الحالة، يكون الضغط 1 جوي، أو حوالي 100000 نيوتن لكل متر مربع. (واحد ن/م² ويسمى أيضًا باسكال).