هل تتخيل أننا يوماً  ما سنستفيد من الغازات الدفيئة مثل “ثاني أكسيد الكربون” الناتجة  من توليد الطاقة والصناعات الثقيلة وتحويلها الى وقود صناعي ومواد كيميائية تنبعث منها الاكسجين فقط؟ هذا ما سنعرفه في هذا المقال.

يقول (وانغ هاو تيان) إنه مستقبل ربما يكون أقرب مما يدركه الكثيرون.

طوّر وانغ وزملاؤه نظامًا محسّنًا لاستخدام الكهرباء المتجددة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون ، وهو سلعة أساسية تستخدم في عدد من العمليات الصناعية. ثم وصف النظام في ورقة نشرت بتاريخ 8 نوفمبرفي مجلة جول ، وهي مجلة أطلقت حديثا.

وقال وانغ “قد تكون الفكرة الواعدة هي ربط لهذه الأجهزة بمحطات الطاقة التي تعمل بالفحم أو غيرها من الصناعات التي تنتج الكثير من ثاني أكسيد الكربون”. “حوالي 20 في المئة من هذه الغازات هي ثاني أكسيد الكربون ، لذلك إذا كان بالإمكان ضخها في هذه الخلية … ودمجها بالكهرباء النظيفة ، فعندئذ يمكن أن ننتج مواد كيميائية مفيدة من هذه النفايات بطريقة مستدامة ، وحينها يمكن ان يتم إغلاق جزء من دورة ثاني اكسيد الكربون.

وقال وانغ إن النظام الجديد يمثل خطوة جيدة إلى الأمام من تلك التي وصفها هو وزملاؤه لأول مرة في بحث عام 2017 .

وحيث اقتصر هذا النظام القديم على هاتف خلوي واعتمد على حجرة مليئة بالكهرباء ، كل منها يحمل قطبًا كهربائيًا ، فإن النظام الجديد أرخص ويعتمد على تركيزات عالية من بخار غاز ثاني اكسيد الكربون للعمل بكفاءة أعلى وقال وانغ إن الخلية التي يبلغ قطرها 10 سم يمكن أن تنتج ما يصل إلى أربعة لترات من ثاني أكسيد الكربون في الساعة.

وقال وانغ إن النظام الجديد يتناول تحديين رئيسيين – التكلفة والقابلية للتطوير – اللذان اعتبرا أنهما يحدان من الطريقة الاولى.

وقال وانغ “في هذا العمل المبكر اكتشفنا محفزات ذرة النيكل وهي الوحيدة التي تعتبر انتقائية للغاية لخفض انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون… لكن أحد التحديات التي واجهناها هو أن هذه المواد مكلفة في تركيبها.” “يعتمد الدعم الذي كنا نستخدمه لترسّب ذرات النيكل المفردة على الجرافيت، مما جعل من الصعب جدًا زيادته إذا كنا نرغب في إنتاجه بحجم جرام أو حتى كيلو جرام للاستخدام العملي في المستقبل”.
لمعالجة هذه المشكلة ، قال إن فريقه تحول إلى منتج تجاري أرخص من الجرافيت بآلاف المرات كدعم بديل .

باستخدام عملية مشابهة لجذب الكهرباء الساكنة ، يستطيع وانغ وزملاؤه امتصاص ذرات النيكل المفردة (المشحونة ) في الجزيئات النانوية الكربونية السوداء ، مع كون المواد الناتجة منخفضة التكلفة وعالية الانتقائية لتخفيض ثاني أكسيد الكربون.
وقال وانغ “في الوقت الحالي أفضل ما يمكننا انتاجه هو جرام لكننا في السابق لم نتمكن سوى من إنتاج المليجرام في كل دفعة.” “لكن هذا محدود فقط بالمعدات التركيبية التي لدينا ، إذا كان لدينا خزان أكبر ، فيمكننا صنع كيلوجرام أو حتى طن من هذا المحفز.”
أما التحدي الآخر الذي واجهه وانغ وزملاؤه فقد كان مرتبطا بحقيقة أن النظام الأصلي لم يعمل إلا في محلول سائل.

عمل النظام الأول باستخدام قطب كهربائي في غرفة واحدة لتقسيم جزيئات الماء إلى أكسجين وبروتونات الهيدروجين. وعندما ينحل الأكسجين ، تنتقل البروتونات التي تُجرى عبر المحلول السائل إلى الغرفة الثانية بوجود عامل حفاز ( النيكل )  حيث تعمل على ربط ثاني أكسيد الكربون وتكسير الجزيء ، تاركة ثاني اكسيد الكربون والماء. ثم يمكن تغذية الماء مرة أخرى إلى الغرفة الأولى ، حيث يتم تقسيمه مرة أخرى ، وستبدأ العملية مرة أخرى.

وقال :”المشكلة هي أن ثاني أكسيد الكربون الذي يمكننا تقليله في هذا النظام هو فقط المذاب في الماء ؛ ومعظم الجزيئات المحيطة بالمحفز هي مياه”. “لم يكن هناك سوى كمية ضئيلة من ثاني اكسيد الكربون ، لذلك كان غير فعال إلى حد ما.”

وفي حين أنه قد يكون من المفروض ببساطة زيادة الجهد المطبق على المادة الحفازة لزيادة معدل التفاعل ، فإن ذلك قد يكون له عواقب غير مقصودة لتقسيم الماء ، وليس الحد من ثاني أكسيد الكربون.

وقال وانغ “إذا استنفذ ثاني أكسيد الكربون الذي يقترب من القطب فانه لابد من اضافة جزيئات اخرى الى القطب وتستغرق وقتا.” “ولكن إذا كنا نزيد الجهد ، فمن المرجح أن المياه المحيطة ستأخذ فرصة للتفاعل والانقسام إلى الهيدروجين والأكسجين”.

 أن الحل بسيط نسبياً  قال “لقد استبدلت تلك المياه السائلة ببخار الماء ، – لتجنب تقسيم المياه وتمت تغذية غاز ثاني أكسيد الكربون “عالي التركيز”. 

“إذا كان النظام القديم يستخدم 99٪ من الماء و 1٪ من ثاني أكسيد الكربون ، يمكننا الآن عكس ذلك تمامًا ، وضخ 97٪ من غاز ثاني اكسيد الكربون و 3٪ فقط من بخار الماء في النظام الجديد وايضا نستخدم أغشية التبادل الأيوني بدلاً من المياه المتأينه لمساعدة الأيونات على الانتقال.

وتابع حديثه:  “كنا نعمل عند حوالي 10 مل أمبير في السنتيمتر المربع ، ولكن اليوم يمكننا أن نزيد بسهولة حتى 100 مل أمبير من كثافة التيار”.

وقال وانغ ، أنه حاول المضي قدماً ، ولاكن لا يزال أمام النظام تحديات يجب التغلب عليها ، 

وقال “إذا كنت ترغب في استخدام هذا النظام الاقتصادي أو البيئي ، فإنه يحتاج إلى عمليات مستمرة لآلاف الساعات”. 

“في الوقت الحالي ، يمكننا القيام بذلك لعشرات السنين ، لذا لا تزال هناك فجوة كبيرة ، لكنني أعتقد أن هذه المشاكل يمكن معالجتها بتحليل أكثر تفصيلاً لكل من محفزات خفض ثاني أكسيد الكربون ومحفزات أكسدة الماء.”

وقال : طورت مجموعتي أيضًا العديد من المحفزات القائمة على النحاس والتي يمكن أن تقلل من ثاني أكسيد الكربون إلى منتجات أكثر قيمة بكثير”.

وقال وانغ بشكل خاص: “أول أكسيد الكربون ليس منتجًا كيميائيًا عالي القيمة “. “لاستكشاف المزيد من الاحتمالات حوله .

في النهاية ،قال وانغ :”سأفتقد بالتأكيد أيامي هنا.”

واعترف بالحرية التي يتمتع بها في معهد رولاند حيث وافق مؤخرا على منصب في جامعة رايس وقال: “لقد وفرت لي الجامعة ، كباحث مهني ، منصة كبيرة للبحث المستقل ، والتي تسهل جزءًا كبيرًا من الاتجاهات البحثية التي ستستمر بها مجموعتي”. 

ترجمة:  أ/ايمان صيقل
تويتر:  @nyl7chem

مراجعة :خالد الصالحي
 تويتر: Khalooodeeee@

المصدر: New system opens the door to transforming CO2 into industrial fuels