كشف النقاب عن محفز جديد مبني على السكر يمكن أن يجعل ثاني أكسيد الكربون قيمةً.

• تمت إعداد محفز جديد مصنوع من كاربيد الموليبدينوم والسكر يحول ثاني أكسيد الكربون إلى أكسيد الكربون بانتقائية 100٪.
• المحفز يبقى مستقرًا مع مرور الوقت، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الصناعية.
• يمكن للمحفز أن يلعب دورًا في التقاط وتخزين الكربون، مقدمًا حلاً أكثر شمولية واقتصادياً.

كتاليز جديد مصنوع من معدن رخيص وفعال وسكر الطاولة الشائع لديه القدرة على تحويل غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) إلى أكسيد الكربون (CO).

في دراسة جديدة صدرت للتو عن جامعة نورث وسترن، نجح الكتاليز الجديد في تحويل CO2 إلى CO، وهو الكتلة البنائية المهمة لإنتاج مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية المفيدة. عندما يحدث الرد فعل بوجود الهيدروجين، على سبيل المثال، يتحول CO2 والهيدروجين إلى الغاز التخليقي (أو السينجاز) ، وهو سابق مهم لإنتاج الوقود الذي يمكن أن يحل محل البنزين.

الصورة التخطيطية: Milad Khoshooei في جامعة نورث وسترن. انقر هنا لصفحة البيان الصحفي.

نشرت الدراسة "An active, stable cubic molybdenum carbide catalyst for the high-temperature reverse water-gas shift reaction" في مجلة Science.

مع التطورات الحديثة في تقنيات امتصاص الكربون، أصبح امتصاص الكربون بعد الاحتراق خيارًا ممكنًا للمساعدة في مواجهة أزمة تغير المناخ العالمية. لكن كيفية التعامل مع الكربون المحتجز يظل سؤالًا مفتوحًا. يمكن أن يوفر الكتاليز الجديد حلاً للتخلص من الغاز الدفين الضار من خلال تحويله إلى منتج أكثر قيمة.

“حتى لو توقفنا عن انبعاث CO2 الآن، سيظل لدينا زائد من CO2 في الغلاف الجوي نتيجة للأنشطة الصناعية خلال القرون الماضية،” قال ميلاد خوشوئي من جامعة نورث وسترن، الذي قاد الدراسة. “ليس هناك حلا واحدًا لهذه المشكلة. يجب علينا تقليل انبعاثات CO2 و ايجاد طرق جديدة لتقليل تركيز CO2 الموجود بالفعل في الغلاف الجوي. يجب علينا أن نستفيد من جميع الحلول الممكنة.”

“نحن لسنا المجموعة البحثية الأولى التي تحول CO2 إلى منتج آخر،” قال عمر ك. فرحة من جامعة نورث وسترن، الكاتب الرئيسي للدراسة. “ومع ذلك، لكي يكون العمل عملياً حقاً، فإنه يتطلب كتاليز يستوفي العديد من المعايير الحاسمة: التكلفة، الثبات، سهولة الإنتاج، وقابلية التوسيع. التوازن بين هذه العناصر الأربعة أمر حيوي. لحسن الحظ، يبرز موادنا في تلبية هذه المتطلبات.”

فرحة، الخبير في تقنيات امتصاص الكربون، هو بروفيسور كلية واينبرغ للفنون والعلوم السلوكية. بعد بدئه بهذا العمل كطالب دكتوراه في جامعة كالجاري بكندا، أصبح خوشوئي الآن زميلاً بعد الدكتوراه في مختبر فرحة.

حلول من الخزانة

السر وراء الكتاليز الجديد هو كربيد الموليبدينوم، وهو مواد خزفية متينة للغاية. على عكس العديد من الكتاليزات الأخرى التي تتطلب معادن باهظة الثمن مثل البلاتين أو البالاديوم، فإن الموليبدينوم هو معدن غير ثمين ورخيص ومتوفر في الأرض بكثرة.

لتحويل الموليبدينوم إلى كربيد الموليبدينوم، كان من الضروري على العلماء العثور على مصدر للكربون. اكتشفوا خيارًا رخيصًا في مكان غير متوقع: الخزانة. على غير المتوقع، يعتبر السكر — النوع الأبيض المحبب الذي يُوجد في معظم المنازل — مصدرًا رخيصًا وملائمًا لذرات الكربون.

“في كل يوم جربت فيه تخليق هذه المواد، كنت أحضر السكر إلى المختبر من منزلي،” قال خوشوئي. “بالمقارنة بفئات أخرى من المواد المستخدمة عادة للكتاليزات، فإن لدينا مادة بتكلفة مذهلة نسبيًا.”

ناجح منظار وثابت

عند اختبار الكتاليز، كان فرحة، خوشوئي، وشركاؤهم متأثرين بنجاحه. عمل الكتاليز بضغط جوي عادي ودرجات حرارة عالية (300-600 درجة مئوية)، حول الكتاليز CO2 إلى CO بانتقائية 100٪.

الانتقائية العالية تعني أن الكتاليز عمل فقط على CO2 دون تعريض المواد المحيطة للتقديم. بمعنى آخر، يمكن للصناعة تطبيق الكتاليز على حجم كبير من الغازات المحتجزة واستهداف CO2 بانتقائية فقط. كما ظل الكتاليز ثابتًا مع مرور الوقت، مما يعني أنه بقي نشطًا ولم يتدهور.

“في الكيمياء، ليس شيئًا نادرًا أن يفقد كتاليز انتقائيته بعد ساعات قليلة،” قال فرحة. “لكن بعد 500 ساعة في ظروف قاسية، لم يتغير انتقائيته.”

هذا بشكل خاص ملحوظ لأن CO2 هو جزيء مستقر — ومتعنّت — بيولوجيًا.

“تحويل CO2 ليس سهلًا،” قال خوشوئي. “CO2 هو جزيء مستقر كيميائيًا، وكان علينا التغلب على تلك الثبات، والذي يتطلب الكثير من الطاقة.

نهج تسلسلي لتنظيف الكربون

تطوير المواد لامتصاص الكربون هو تركيز أساسي لمختبر فرحة. يطور فريقه الهياكل المعدنية العضوية (MOFs)، وهي فئة من المواد النانوية ذات المسامية العالية يشبه فرحة إلى "الإسفنجات الحمامية المعقدة والقابلة للبرمجة." فرحة يستكشف MOFs لتطبيقات متنوعة، بما في ذلك سحب CO2 مباشرة من الهواء.

الآن، يقول فرحة إن MOFs والكتاليز الجديد يمكن أن يعملا معًا ليلعبا دورًا في امتصاص الكربون وتخزينه.

“في وقت ما، يمكن أن نستخدم MOF لامتصاص CO2، تليه كتاليز تحويله إلى شيء أكثر فائدة،” اقترح فرحة. “النظام المتسلسل المستخدم لقضيتين متتاليتين قد يكون الطريق إلى الأمام.”

“يمكن أن يساعدنا ذلك على الإجابة على السؤال: 'ماذا نفعل بCO2 المحتجز؟'” أضاف خوشوئي. “في الوقت الحالي، الخطة هي تخزينه تحت الأرض. لكن يجب على الخزانات الأرضية أن تلبي العديد من المتطلبات من أجل تخزين CO2 بشكل آمن ودائم. أردنا تصميم حلاً أكثر عالمية يمكن استخدامه في أي مكان مع إضافة القيمة الاقتصادية.”

فرحة هو عضو في المعهد الدولي للتقنيات النانوية وشريك أكاديمي في معهد باولا إم. ترينينز للاستدامة والطاقة.

**

تكنولوجيا الكتاليز قد تكون بالفعل ما تحتاجه لبدء إعادة تدوير CO2. من المؤسف حقًا وجود الكثير من الفضيحة العالمية حول الاحتباس الحراري في البيان الصحفي. يتحمل المرء هذا بينما سيحتاج أبحاث إعادة التدوير المزيد من التمويل مؤقتًا، والآن لدي الناقلين الحراريين والزراعيين وعلماء النباتات الرعب من هذا النوع من التقارير. يجعل تنظيف CO2 يُثير رغبات الأشخاص المطلعين لدراسة أصول الطعام الذي ستستهلكه المخلوقات إذا ما "قام البشر بتنظيف" مصدر الطعام بعيدًا عن النباتات الخضراء. ما هو الذي تستهلكه أشجار الكرز والبرتقال والتفاح، القمح، الأرز، الذرة، البطاطا، وأشجار الحور، الطحالب، والكامثر حتى تعيش وتنمو؟  CO2

عن طريق براين ويستنهاوس عبر الطاقة والوقود الجديدة

المزيد من قراءات الأعلى من Oilprice.com:

• ارتفاع أسعار النفط على خلف