توصل فريق من الباحثين إلى إمكانية تخليق عامل حفاز نشط للغاية ومستقر من النيكل والكربون للتفاعل الضوئي الذي يتم من خلاله إنتاج الميثان من ثاني أكسيد الكربون.  حيث إن إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون، خاصةً من خلال التحويل إلى الميثان، أمر مُلحّ لمعالجة مشكلة ارتفاع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ. ومن العمليات المفيدة لهذا التحول المعالجة الحرارية الضوئية، حيث يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين بشكل تحفيزي إلى الميثان والماء عند التشعيع بضوء الشمس. ونُشرت نتيجة الفريق البحثي في مجلة Angewandte Chemie.

محفز جديد اقتصادي لمعالجة ثاني أكسيد الكربون

وكان الفريق بقيادة لويس جارزون-توفار وجورج جاكسون في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا (ثول، المملكة العربية السعودية) يبحث عن حافز اقتصادي فعال للمعالجة الحرارية الضوئية لثاني أكسيد الكربون. ويعتمد  التحفيز الضوئي الحراري على مزيج من العمليات الكيميائية الحرارية والضوء. وعلى عكس التحفيز الضوئي العادي، يعمل التحفيز الضوئي الحراري عبر السماح للضوء ذي الطول الموجي الأطول في المناطق المرئية والأشعة تحت الحمراء من الطيف بالمساهمة في قيادة التفاعل.

وبدلاً من استخدام المعادن الثمينة للتفاعل، شرع الفريق البحثي ببناء المحفز الجديد باستخدام معدن متوفر وغير مكلف، وحمولة عالية من جسيمات النيكل النانوية على دعامة قائمة على الكربون. وتعتبر المواد الكربونية دعائم واعدة للغاية للحفز الحراري الضوئي لأنها تمتص طيفًا واسعًا من الضوء وتتميز بكفاءة عالية في تحويل الضوء إلى طاقة حرارية ولها مساحة سطح كبيرة.

كما استخدم الفريق إطارًا معدنيًا عضويًا يحتوي على النيكل (Ni-MOF-74) كمواد أولية لإنتاج المحفز.

إنتاج الميثان باستخدام الطاقة الشمسية

وثبت أن الانحلال الحراري المتحكم فيه لهذه المادة عند 600 درجة مئوية هو الأمثل. ويتحلل النيكل  Ni-MOF-74 لتشكيل جزيئات نيكل متناهية الصغر موزعة بدقة في مصفوفة كربون جرافيت مسامية.

أظهرت المادة الناتجة، المسماة Ni @ C، معدل تحويل عالي وانتقائية عالية للميثان تحت الأشعة فوق البنفسجية الاصطناعية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء. وعند الاختبار في عملية مستمرة، ظلت كفاءة المحفز مستقرة خلال فترة تزيد عن 12 ساعة. ولإثبات التطبيق العملي لهذا النظام، أجريت تجربة في الخارج تحت ضوء الشمس الطبيعي لإثبات قدرة هذا المحفز الجديد على تقليل ثاني أكسيد الكربون وتحويله إلى ميثان باستخدام الطاقة الشمسية.

المصدر: https://www.sciencedaily.com

ترجمة: فاتن ضاوي المحنّا

تويتر: @F_D_Almutiri

مراجعة وتدقيق: كريم طارق شحات