بوابة اوكرانيا – كييف 30 سبتمبر 2024 – لقد بحث العلماء منذ فترة طويلة عن طريقة للتغلب على ظاهرة الاحتباس الحراري. وأحد هذه الطرق هو استخراج ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتخزينه في صورة صلبة في أعماق الأرض أو إعادة استخدامه في الصناعة. ومع ذلك، فهي مكلفة وبطيئة وتتطلب جهدًا كبيرًا لبناء شبكة من المصانع. وهناك فكرة جديدة تقدم نهجا مماثلا، ولكن مع خصوصياتها الخاصة.
وتم تطوير نظام جديد في جامعة ميشيغان لإنتاج الإيثيلين بكفاءة من غاز ثاني أكسيد الكربون الضار الذي يسبب الدفيئة . وهذا يمهد الطريق لمستقبل إنتاج الوقود المستدام وتنظيف الهواء.
وما هو معروف عن الاختراع الجديد
تعد القدرة على ربط ذرات الكربون في سلاسل خطوة حاسمة نحو إعادة استخدام ثاني أكسيد الكربون لإنتاج وقود أنظف. طور الباحثون نظامًا اصطناعيًا للتمثيل الضوئي يمكنه ربط ذرتي كربون معًا لتكوين الهيدروكربونات بكفاءة وإنتاجية ومتانة غير مسبوقة – أفضل بحوالي خمس إلى ست مرات من الطرق الأخرى. وبما أن الإيثيلين هو هيدروكربون شائع الاستخدام في إنتاج البلاستيك، فإن التطبيق المباشر للنظام المبتكر يمكن أن يكون احتجاز ثاني أكسيد الكربون الذي كان من الممكن أن ينبعث إلى الغلاف الجوي لإنتاج البلاستيك.
الإيثيلين هو في الواقع المركب الأكثر إنتاجًا في العالم. ولكن يتم إنتاجه عادة من النفط والغاز عند درجات حرارة وضغط مرتفعين، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون ، كما
يكتب الباحثون.
والهدف على المدى الطويل هو إنشاء سلاسل أطول من ذرات الكربون والهيدروجين لإنتاج الوقود السائل الذي يمكن نقله بسهولة. جزء من التحدي هو إزالة كل الأكسجين من جزيء ثاني أكسيد الكربون لتكوين الكربون، وكذلك إزالة الأكسجين من جزيء الماء H2O لصنع الهيدروجين.
كيف يعمل كل شيء
يمتص الجهاز الضوء من خلال نوعين من أشباه الموصلات: مجموعة من أسلاك نيتريد الغاليوم النانوية، يبلغ عرض كل منها 50 نانومتر فقط (بضع مئات من الذرات)، وركيزة السيليكون التي نمت عليها. يحدث تفاعل تحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى إيثيلين على مجموعات من النحاس، تحتوي كل منها على حوالي 30 ذرة تغطي الأسلاك النانوية.
يتم غمر الأسلاك النانوية في الماء المخصب بثاني أكسيد الكربون وتشعيعها بضوء يعادل الظهيرة الشمسية. تطلق الطاقة الضوئية إلكترونات تعمل على تقسيم الماء بالقرب من سطح أسلاك نيتريد الغاليوم. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل الهيدروجين، الذي يشارك في تفاعل الإيثيلين، وكذلك الأكسجين، الذي يمتص نيتريد الغاليوم، ويتحول إلى أكسيد نيتريد الغاليوم.
يرتبط النحاس جيدًا بالهيدروجين ويلتقط الكربون من ثاني أكسيد الكربون ويحوله إلى أول أكسيد الكربون. ومع وجود الهيدروجين في المزيج وحقن الطاقة من الضوء، يعتقد الفريق أن جزيئين من أول أكسيد الكربون يرتبطان مع الهيدروجين. يُعتقد أن التفاعل قد اكتمل عند السطح البيني بين أكسيد النحاس وأكسيد نيتريد الغاليوم، حيث يتم فصل ذرتي أكسجين واستبدالهما بثلاث ذرات هيدروجين من الماء المنقسم.
كفاءة
ووجد الفريق أن 61% من الإلكترونات الحرة التي تولدها أشباه الموصلات مع الضوء ساهمت في التفاعل لتكوين الإيثيلين. على الرغم من أن محفزًا آخر يعتمد على الفضة والنحاس حقق كفاءة مماثلة (حوالي 50%)، إلا أنه كان يعمل في سائل قائم على الكربون ويمكن أن يعمل فقط لبضع ساعات قبل أن يتحلل. وفي المقابل، عمل جهاز فريق ميشيغان لمدة 116 ساعة دون أن يتباطأ ، كما قام الفريق بتشغيل أجهزة مماثلة لمدة 3000 ساعة.
أنتج الجهاز الإيثيلين بمعدل يزيد أربعة أضعاف عن أقرب الأنظمة المنافسة. وفي المستقبل، يرغب العلماء في إنتاج بعض المركبات الأخرى متعددة المكونات، مثل البروبانول بثلاث ذرات كربون أو منتجات سائلة مختلفة. إن الوقود السائل، الذي يمكن أن يمكّن العديد من تقنيات النقل الحالية من أن تصبح أكثر موثوقية، هو الهدف النهائي.
ولسوء الحظ، فإن المقال لا يشرح بالضبط كيفية جمع ثاني أكسيد الكربون – مباشرة من الهواء، أو ما إذا كان ينبغي ربط التركيب بقدرات المصانع التي ينبعث منها الغاز عبر أنابيبها. إذا كان الخيار الثاني، فهذا سيساعد على تجنب جزء من الانبعاثات الجديدة على الأقل، وإذا كان الخيار الأول، فسنكون قادرين على جمع الانبعاثات الموجودة بالفعل من الهواء، لكن الانبعاثات الجديدة لن تذهب إلى أي مكان.
