بالعمل على تحويل غاز الميثان إلى الميثانول السائل استطاع العلماء الحصول على الوقود.

 بحسب دراسة نشرتها مجلة “كيميكل كوميونيكاشنز” أن فريق من الباحثين توصل إلى طريقة ناجحة لتحويل غاز الميثان إلى الميثانول السائل باستخدام الضوء والمعادن الانتقالية المبعثرة، مثل النحاس في عملية تدعى الأكسدة الضوئية، ويعتبر التفاعل الناتج عن هذه العملية الأفضل في تاريخ تحويل غاز الميثان إلى وقود سائل في ظروف معتدلة بتطبيق درجة حرارة °25 و1 بار من الضغط.

علمًا أن 1 بار =  000 100 باسكال (يعادل تقريبًا الضغط الجوي عند مستوى البحر البالغ 101325 باسكال) كما تجدر الإشارة أن مسمى “بار” الذي يستخدم في قياس الضغط مشتق أصلاً من كلمة “Baros” اللاتينية التي تعني: الوزن.

النتائج التي توصلت لها الدراسة تشق الطريق أمام تجارب تحويل الغازات الطبيعية إلى مصادر طاقة لاستبدال الغاز والديزل كوقود. وبالرغم من أن الغاز الطبيعي أصلاً يعتبر وقودًا أحفوريًا، إلّا أن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون CO₂ الناتجة عن عملية تحويله إلى الميثانول أقل من تلك المصاحبة لتحويل أنواع الوقود الأحفورية السائلة الأخرى.

بالإضافة إلى دخول غاز الميثان في إنتاج وقود الديزل العضوي والصناعات الكيميائية في البرازيل، حيث يستخدم بشكل أساسي في اصطناع مجموعة متنوعة من المنتجات.

لذلك من شأن عملية تجميع الميثان من الجو أن تخفف وطئة تبعات التغير المناخي السلبية إلى حد كبير وذلك لأنه يساهم في احترار الكوكب بمقدار 25 ضعف من الغازات الأخرى كغاز CO₂  على سبيل المثال.

“يجري نقاش حاد في الأوساط العلمية حول حجم مخزون الكوكب من غاز الميثان، إذ وجدت إحصائية تقديرية مؤخرًا أن الطاقة الكامنة لغاز الميثان تساوي ضعف الطاقة الكامنة لأنواع الوقود الأحفورية مجتمعة”. ومن جهة أخرى أُشير إلى أن “التحول إلى الوقود المتجدد سيدفعنا إلى استغلال مخزون غاز الميثان عاجلاً كان ام آجلاً”.

أُجريت الدراسة بدعم من وكالة البحث والعلوم والإبداع البرازيلية FAPESP و المجلس الأعلى للبحوث  CAPES (التابع لوزارة التعليم) و المجلس الوطني للتنمية العلمية والتقنية التابعة لوزارة العلوم والتقنية والإبداع في البرازيل.

وعلى حد تعبير إيفو تيكسيرا، الأستاذ في الجامعة الفيدرالية في ساو باولو ومستشار أطروحة سيلفا وكاتب المقالة الأخيرة، أن عامل التحفيز الضوئي المستخدم في الدراسة يعتبر سابقةً علميةً، حيث قال: “استحدثت مجموعتنا من خلال أكسدة غاز الميثان في عملية من خطوة واحدة”.

وأضاف: “تتم التحويلات من هذا النوع عادةً في الصناعات الكيماوية عن طريق إنتاج غاز الهيدروجين وغاز CO₂ في عملية من خطوتين على الأقل وفي ظروف حرارة مرتفعة وضغط عالٍ جدًا، وأن نتمكن من الحصول على الميثانول في ظروف معتدلة ومعدل استهلاك طاقة أقل يعتبر خطوة إيجابية”.

وأضاف تيكسيرا أن النتائج المستنبطة من التجربة تمهد الدرب للأبحاث المستقبلية المعنية باستغلال الطاقة الشمسية في العملية ذاتها، والتي من المحتمل أن تخفف من وطئة التغيرات المناخية أكثر.

في المختبر: اصطنع العلماء نيتريد الكربون البلوري على هيئة إيميد متعدد الهيبتازين باستخدام معادن انتقالية من العائلة غير النبيلة والمتوفرة بكثرة، لاسيما النحاس، لإنتاج المحفزات الضوئية النشطة للضوء المرئي.

وفي خطوة تالية، استخدمت المحفزات الضوئية المذكورة في تفاعلات أكسدة الميثان بتحريض من بيروكسيد الهيدروجين، مما أنتج كمية وافرة من المواد السائلة المؤكسجة والميثانول على وجه الخصوص (2،900 ميكرومول/غ أو µmol.g-1 في أربع ساعات).

واستأنف قائلاً: “استطعنا التوصل إلى أفضل محفز وتحديد أفضل الظروف اللازمة لإتمام التفاعل الكيميائي، مثل استخدام كمية وافرة من الماء وكمية قليلة من بيروكسيد الهيدروجين كعامل مؤكسد. وتلى ذلك تحديد مناطق النحاس النشط في المادة وتحديد دورها في إتمام التفاعل، كما نخطط مستقبلاً لاستخدام غاز الأكسجين مباشرةً لإنتاج بيروكسيد الهيدروجين في تفاعل مطابق والذي من شأنه في حال نجاحه أن يجعل من العملية أكثر أمانًا وأقل تكلفةً”.

في هذه الأثناء، مازال أعضاء المجموعة منشغلون في التحقيق في ناحية أخرى تتعلق بالنحاس المستخدم إذ شرح الأستاذ: “استخدمنا النحاس المبعثر في وقت تحرير المقالة ولم نكن نعلم حينها إن كنا نستخدم ذرات حرة أو تجمعات ذرية والآن بتنا متأكدين بأننا استخدمنا تجمعات ذرية”.

أثناء الدراسة استخدم العلماء الميثان الخام، ولكنهم يخططون لاستخراج الغاز من المصادر المتجددة كالكتل الحيوية في المستقبل.

والجدير بالذكر أن نسبة غاز الميثان، بحسب تقرير الأمم المتحدة، في الإحتباس الحراري حتى اللحظة تساوي 30% مقارنةً بنسبته في العصر ماقبل الصناعي. بينما من الممكن تقليل انبعاثات غاز الميثان الناتجة عن النشاطات البشرية بنسبة 45% في العقد المقبل وتجنب ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 0.3 درجة في عام 2045.

استراتيجية تحويل غاز الميثان إلى وقود سائل باستخدام المحفزات الضوئية جديدة وليست متاحة تجاريًا، ولكنها تنذر بمستقبل واعد.

وصرّح تيكسيرا، مشيرًا إلى الدراسة التي نشرها باحثون بالتعاون مع جامعات أمريكية وبريطانية في مجلة “سينس والتي كانت تحت إشراف الأستاذ في جامعة كارديف في ويلز الأستاذ غراهام هتشينغز، قائلاً: “بدأنا أبحاثنا منذ أكثر من أربع سنوات، وبين أيدينا الآن نتائج أفضل من تلك التي توصل إليها الأستاذ هتشينغز ومجموعته في 2017 وهذا يحفزنا لمواصلة أبحاثنا الخاصة”.

المصدر: https://scitechdaily.com

ترجمة: نسرين محمود الحمد

لينكد إن: nisreen-alhamad

مراجعة وتدقيق: زينب محمد