باحثون في مجال الطاقة يخترعون محفزات خالية من الأخطاء

باحثون في مجال الطاقة يخترعون محفزات خالية من الأخطاء

24 أبريل , 2020

ترجم بواسطة:

عائشة جلال

يمكن أن يحسن هذا الاكتشاف من كفاءة وفعالية التكلفة للتكنولوجيات الكيميائية الصناعية

ابتكر فريق من الباحثين من عدة جامعات هم جامعة مينيسوتا، وجامعة ماساتشوستس أمهيرست، وجامعة ديلاوير، وجامعة كاليفورنيا سانتا باربرا، تقنية المحفز المتذبذب التي يمكنها تسريع التفاعلات الكيميائية دون تفاعلات جانبية أو أخطاء كيميائية.  كما يمكن دمج هذه التكنولوجيا الرائدة في مئات التقنيات الكيميائية الصناعية لتقليل النفايات التي تعد بآلاف الأطنان كل عام مع تحسين أداء وفعالية تكلفة إنتاج المواد.

نُشر هذا البحث في مجلة العلوم الكيميائية، وهي أول مجلة للجمعية الملكية للكيمياء.

في التفاعلات الكيميائية، يستخدم العلماء ما يسمى المحفزات لتسريع التفاعلات. التفاعل الكيميائي الذي يحدث على سطح المحفز مثل المعدن يكون أسرع من التفاعلات الجانبية غير المرغوب فيها. عندما يكون التفاعل الأساسي أسرع بكثير من كل تفاعل جانبي آخر، يكون المحفز جيدًا في اختيار المنتجات الأكثر قيمة أو المرغوبة. التفاعلات الجانبية تعتبر أخطاء في مقياس التحكم الكيميائي للتفاعل، وينتج عنها توليد كمية من المواد المهدرة وخسائر اقتصادية كثيرة.

حقق الباحثون في مركز الحفز والابتكار في مجال الطاقة الممول من وزارة الطاقة الأمريكية تقدمًا كبيرًا عندما أدركوا أنه بامكانهم تصميم فئة جديدة من المحفزات تقوم بتسريع التفاعلات السطحية الأولية بشكل كبير وذلك باستخدام الموجات. عندما يتطابق تردد الموجة والسعة مع خصائص الكيمياء الأولية للتفاعل، يصبح هذا التفاعل أسرع آلاف المرات من جميع التفاعلات الجانبية الأخرى، لذا فإن المحفز عند ظروف الموجة هذه يتوقف بشكل أساسي عن ارتكاب أي أخطاء أي لا ينتج أي منتجات جانبية غير مرغوب بها.

قال بول داونهاور، القائد الرئيسي للبحث وأستاذ في قسم الهندسة الكيميائية وعلوم المواد في كلية العلوم والهندسة بجامعة مينيسوتا: “جميع التفاعلات الكيميائية لها ترددات طبيعية، مثل أوتار البيانو أو الجيتار”وأكمل متابعا “عندما نجد هذا التردد الصحيح للتفاعل المطلوب، يصبح المحفز مثاليًا على نحو كبير وعندها تتوقف التفاعلات المهدرة بالكامل تقريبًا”.

هذا الاكتشاف له أهمية خاصة في إنتاج المواد الكيميائية الرئيسية في مجالات الطاقة والمواد والأغذية والصناعات الطبية. إن أهم المواد الكيميائية التي يتم تصنيعها على نطاق ضخم في الصناعة تنتج بعض المنتجات الجانبية، وآلاف الأطنان من النفايات سنويًا، رغم استخدام المحفزات المتطورة في بعضها

كان الباحثون قادرين على شرح العلاقة بين أنواع مختلفة من الكيمياء وترددات الموجات السطحية التي تتحكم في أخطاء المحفز على نطاق واسع

قال أليكس أرداغ، المؤلف الأول لـ ورقة البحث والباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة مينيسوتا.” إن الجزيء أثناء وجوده على السطح يمكن أن يسلك عدة مسارات لكن المحفز المتذبذب يستطيع التحكم في المسار الذي يجب على الجزيء أن يسلكه ويتضمن ذلك منعه من التحرك باتجاه أي مسار قد يولد منتجات غير مرغوب فيها على سطح المحفز”.

يعتمد اكتشاف المحفزات الانتقائية للغاية والخالية من الأخطاء على التطور السابق للنظرية التحفيزية الديناميكية التي طورتها نفس المجموعة. المحفزات التقليدية التي تظهر السيطرة المثلى على التفاعلات الحفازة لها طاقة سطحية خاصة بكيمياء معينة. ومع ذلك، فإن المحفزات الديناميكية الأحدث التي تتغير مثل الموجة، تتأرجح طاقة الربط فيها بين الأقوى والأضعف أكثر من طاقة السطح التقليدية.

قال البروفيسور ديونيسيوس فلاتشوس، الأستاذ بجامعة ديلاوير ومدير مركز الحفز لإبداع الطاقة: “إن الانتقال من المحفزات التقليدية إلى المحفزات الديناميكية سيكون نقلة نوعية مثل التغيير من الكهرباء المباشرة إلى الكهرباء البديلة الحالية كما أنه سيكون لديه القدرة على تغيير الطريقة التي نصنع بها جميع المواد الأساسية سواء الكيميائية أوالوقود التي نحتاجها تقريبًا”.

مراجعة: لبنى عبد الله آل ربيع

تويتر: @realubna

ترجمة: عائشة جلال الأصفر

تويتر   : @Aisha36550897

رابط المقالة:https://www.sciencedaily.com


اترك تعليقاً

القائمة البريدية

اشترك في قائمتنا البريدية ليصلك جديد مقالاتنا العلمية وكل ماهو حصري على مجموعة نون العلمية

error: Content is protected !!