นวัตกรรมการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์เพื่ออุตสาหกรรมก่อสร้าง

เขียนบทความโดย RISC | 2 เดือนที่แล้ว

แก้ไขล่าสุด : 2 เดือนที่แล้ว

CCUS หรือ กระบวนการดักจับ การใช้ประโยชน์ และการกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon Capture, Utilization and Storage เป็นแนวทางการลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์จากโรงงานและที่อยู่ในชั้นบรรยากาศ โดยคาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกดักจับจะถูกนำไปใช้ในรูปแบบต่างๆ เช่น ใช้ในกระบวนการ Enhanced Oil Recovery เพื่อเพิ่มปริมาณการผลิตน้ำมันหลังจากการผลิตด้วยวิธีปกติ โดยฉีดคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปในหลุมน้ำมันเพื่อเพิ่มแรงดันและลดความหนืดของน้ำมัน ทำให้น้ำมันไหลออกมาได้ง่ายขึ้น หรือเป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารเคมีและวัสดุ เพื่อสร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจ รวมทั้งลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการผลิต นอกจากนี้คาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกดักจับสามารถกักเก็บไว้ในชั้นหินทางธรณีวิทยาใต้ดิน (Geological Formation) เพื่อกักเก็บไว้ไม่ให้สร้างปัญหาภาวะโลกรวน (Climate Change)
 
จากความตั้งใจเพื่อลดผลกระทบจากภาวะโลกรวน อุตสาหกรรมก่อสร้างเริ่มมีบทบาทและนำแนวคิดใหม่ๆ มา ด้วยการใช้เทคโนโลยีการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์รูปแบบใหม่เพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือทำให้คาร์บอนสุทธิเป็นลบ ด้วยการเพิ่มการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในวัสดุก่อสร้าง การก่อสร้างสามารถเปลี่ยนจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจก เป็นการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์แทนได้

วันนี้เรามาดูวัสดุและวิธีการที่ช่วยดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการก่อสร้าง เพื่อเห็นแนวทางการรับมือของภาคอุตสาหกรรมก่อสร้างต่อภาวะโลกรวนอย่างมีประสิทธิภาพ

การอัดฉีดคาร์บอนไดออกไซด์ในคอนกรีต (Carbon-Cured Concrete)
อีกหนึ่งวิธีการที่น่าจับตามองคือ การอัดฉีดคาร์บอนไดออกไซด์ในคอนกรีต (Carbon-Cured Concrete) จากการนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เหลือทิ้งมาอัดฉีดในคอนกรีต คาร์บอนไดออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับซีเมนต์เพื่อสร้างวัสดุนาโนแคลเซียมคาร์บอเนต และฝังอยู่ในเนื้อคอนกรีตอย่างถาวรเพื่อกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์[1] กระบวนการนี้สามารถลดน้ำหนักของคอนกรีตได้ 5-20% จากการอัดคาร์บอนไดออกไซด์ และเพิ่มกำลังรับแรงอัดอีกด้วย[2] โดยวิธีการนี้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ตรงจากแหล่งอุตสาหกรรม เช่น โรงไฟฟ้า หรือเตาเผาปูนซีเมนต์ และขนส่งไปยังโรงงานผสมคอนกรีตเพื่อนำไปใช้ประโยชน์[3] [4] ผลที่ได้คือคอนกรีตที่บ่มด้วยคาร์บอนไดออกไซด์จะแข็งแกร่งขึ้นและลดปริมาณรวมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (carbon footprint)

ผลิตภัณฑ์จากกระบวนการทำให้เป็นแร่ (Carbon Mineralization Products)
นอกจากนี้ ยังมีกลุ่มนักวิจัยที่ได้พัฒนาแนวทางการทำให้คาร์บอนไดออกไซด์ที่ดักจับมาแปรรูปให้เป็นแร่ในรูปคาร์บอเนตที่เป็นของแข็ง (solid carbonates) เพื่อใช้เป็นวัสดุก่อสร้าง โดยมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแอนเจลิส (UCLA) ได้นำคาร์บอนไดออกไซด์มาแปรรูปโดยใช้การแช่น้ำเกลือเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมให้เป็นแคลเซียมและแมกนีเซียมคาร์บอเนต เพื่อทดแทนส่วนผสมของซีเมนต์หรือมวลรวม (Aggregates)[5]  โดยผลิตภัณฑ์จากกระบวนการทำให้เป็นแร่ดังกล่าวสามารถนำมาใช้เป็นวัสดุประสาน (Binder) หรือมวลรวม (Aggregates) ในอุตสาหกรรมก่อสร้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ระบบการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์แบบบูรณาการ (Integrated Carbon Capture Systems)
นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (Massachusetts Institute of Technology: MIT) ได้ออกแบบระบบไฟฟ้าเคมีเพื่อดักจับคาร์บอนไดออกไซด์จากโรงซีเมนต์ และแปรรูปเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO₃) ที่สามารถนำกลับไปผสมในกระบวนการผลิตคอนกรีตที่โรงงานได้[6]

ชีวมวลและไบโอชาร์ (Biomass and Biochar)
ชีวมวลจากพืชสามารถช่วยดักจับและกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์จากการก่อสร้างได้ผ่านการใช้ไบโอชาร์ โดยไบโอชาร์เป็นวัสดุที่ประกอบไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งได้จากการเผาชีวมวล เช่น เศษไม้ ในสภาวะที่มีออกซิเจนต่ำ นอกจากนี้ จากงานวิจัยพบว่าการนำไบโอชาร์มาผสมในคอนกรีตสามารถเพิ่มความแข็งแรงให้คอนกรีตและในขณะเดียวกันช่วยกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์จากชีวมวลได้อย่างถาวร[7]

วัสดุไม้ประกอบโครงสร้างอาคาร (Timber Construction)
การใช้วัสดุไม้ประกอบอาคารเป็นอีกหนึ่งวิธีการลดคาร์บอนให้เป็นลบจากการก่อสร้างโดยตรง ต้นไม้ที่โตขึ้นจะช่วยดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศผ่านการสังเคราะห์แสง และเก็บไว้ในเนื้อไม้ การใช้วัสดุไม้ประกอบอาคารจะช่วยกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ไว้ได้นานหลายสิบปี นอกจากนี้ จากการประเมินวัฏจักรชีวิตยังพบว่าอาคารไม้สามารถลดคาร์บอนไดออกไซด์ที่มาจากวัสดุก่อสร้าง (Embodied Carbon) ได้ดีกว่าโครงสร้างเหล็กหรือคอนกรีต[8] และในปัจจุบันเทคนิคการใช้ไม้ประกอบอาคารแบบใหม่ยังสามารถสร้างอาคารไม้ได้ถึง 18 ชั้นอีกด้วย[9]

ในปัจจุบัน การเอาชนะความท้าทายในการใช้การดักจับคาร์บอนในอุตสาหกรรมก่อสร้างเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง ตั้งแต่ปริมาณรวมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (carbon footprint) ในภาคอุตสาหกรรม ค่าใช้จ่าย และการใช้พลังงานที่สูง รวมถึงการตรวจสอบการกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์แบบถาวรเพื่อสร้างความมั่นใจด้านความปลอดภัยให้กับผู้ใช้อาคาร แม้ว่าวัสดุจากเทคโนโลยี CCUS เช่น การใช้วัสดุไม้ประกอบโครงสร้างอาคาร (Timber Construction) และไบโอชาร์จะเป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพ แต่คุณสมบัติในการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ของตัววัสดุเองก็ยังมีข้อจำกัด รวมถึงวัสดุที่มาจากเคมีภัณฑ์ เช่น การอัดฉีดคาร์บอนไดออกไซด์ในคอนกรีต (Carbon-Cured Concrete) ยังจำเป็นต้องมีการประเมินมูลค่าด้านสิ่งแวดล้อมอย่างถี่ถ้วน ดังนั้น ทุกภาคส่วนจำเป็นต้องร่วมมือกันเพื่อพัฒนาการประยุกต์ใช้ CCUS ให้สอดคล้องกับเป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน (Sustainable Development Goals: SDGs) ในพื้นที่เมือง รวมถึงการวิจัยอย่างต่อเนื่อง การส่งเสริมด้านการเงิน การผลักดันให้ประชาชนมีส่วนร่วม และการวางแผนการประยุกต์ใช้อย่างเป็นระบบ การเอาชนะอุปสรรคความท้าทายนี้จะช่วยเปิดโอกาสสำหรับเทคโนโลยีการดักจับคาร์บอน ให้มีบทบาทสำคัญในการลดคาร์บอน์ในพื้นที่เมือง นำไปสู่ระบบสินทรัพย์จากการลดคาร์บอนไดออกไซด์สุทธิเป็นลบ (Net Negative Emission Asset) ต่อไป

เนื้อหาโดย ดิเฟย์ มิยาโอะ ที่ปรึกษาโครงการวิจัยเทคโนโลยีการดักจับ การใช้ประโยชน์ และการกักเก็บคาร์บอน (CCUS), ผู้เชี่ยวชาญด้านนาโนเทคโนโลยี, RISC

อ้างอิงข้อมูลจาก

1. Ravikumar, D., Zhang, D., Keoleian, G. et al. Carbon dioxide utilization in concrete curing or mixing might not produce a net climate benefit. Nat Commun 12, 855 (2021). (https://doi.org/10.1038/s41467-021-21148-w)
2. Reuters. "Concrete traps CO2 from soaked air in climate-friendly test." Reuters, February 3, 2023. (https://www.reuters.com/business/sustainable-business/concrete-traps-co2-soaked-air-climate-friendly-test-2023-02-03/)
3. American Chemical Society. "New Way to Capture and Recycle Carbon Dioxide from Industrial Emissions." ACS PressPac, August 2023. (https://www.acs.org/pressroom/presspacs/2023/august/new-way-to-capture-and-recycle-carbon-dioxide-from-industrial-emissions.html)
4. Kulasuriya, C.; Vimonsatit, V.; Dias, W.P.S. Performance based energy, ecological and financial costs of a sustainable alternative cement. Journal of Cleaner Production 2021, Volume 287.
5. La Plante, E.C.; et al. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2021, 9 (32), 10727-10739.
6. MIT News (2022). Cracking the carbon removal challenge. (https://news.mit.edu/2022/cracking-carbon-removal-challenge-verdox-0915)
7. Mensah, R.A.; et al. Biochar-Added Cementitious Materials—A Review on Mechanical, Thermal, and Environmental Properties. Sustainability 2021, 13, 9336. (https://doi.org/10.3390/su13169336)
8. Andersen, C.E.; et al. Embodied GHG Emissions of Wooden Buildings—Challenges of Biogenic Carbon Accounting in Current LCA Methods. Frontiers in Built Environment 2021, 7.
9. Autodesk. "Mass Timber Construction." https://www.autodesk.com/design-make/articles/mass-timber-construction