أكدت مجلة “نيتشر” على الإنجاز الكبير الذي حققته الصين في مجال تحويل الفحم إلى أوليفينات، وهو إنجاز يتميز بالكفاءة العالية وانخفاض استهلاك الطاقة

Thread Content

أكدت مجلة “نيتشر” على إنجاز صيني كبير في مجال تحويل الفحم إلى الأوليفينات: كفاءة عالية واستهلاك منخفض. المؤلف/المصدر: تاريخ النشر: 7 مارس 2016. عدد المرات التي تم فيها النقر على المقال: 16. مؤخرًا، أكدت المجلة العالمية الموثوقة “نيتشر” على إنجاز تكنولوجي كبير في الصين. في 4 مارس، كشف باو شينهي، عضو البرلمان وباحث في معهد داليان للكيمياء والفيزياء التابع لأكاديمية العلوم الصينية (يُشار إليه فيما يلي باسم “معهد داليان للكيمياء”)، بالإضافة إلى كونه عضوًا في أكاديمية العلوم الصينية، عن هذه النتائج البحثية الجديدة. 　　ووفقًا للمعلومات المتوفرة، فقد حقق الفريق بقيادة الأكاديمي باو شينهي (الذي يشغل حاليًا منصب نائب رئيس جامعة فودان وأستاذ فيها) والباحثة بان شيوليان اختراقًا كبيرًا في مجال تحويل الفحم إلى الأوليفينات مباشرةً. وقد تمكنوا من التغلب على الطريقة التقليدية المستخدمة في صناعة الكيماويات من الفحم منذ أكثر من 90 عامًا، وهي طريقة فتو (F-T). فقد تخلوا عن عملية تحويل الماء إلى هيدروجين باستخدام الغاز المائي، والتي تتطلب استهلاكًا كبيرًا للمياه والطاقة، واستخدموا بدلاً من ذلك الغاز الناتج عن تحويل الفحم إلى غازات سيانيدية (وهو خليط من ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين بعد تنقيته)، وبفضل استخدام محفزات مركبة جديدة، تمكنوا من الحصول على الأوليفينات ذات الكربون المنخفض في خطوة واحدة بدقة عالية. وبذلك تم حل مشكلة التوازن بين النشاط والدقة في التفاعلات الكيميائية التقليدية، مما يوفر دليلاً لتصميم محفزات أكثر كفاءة وعمليات تفاعل كيميائي فعالة. وقد وصفت الصناعة هذا الإنجاز بأنه “إنجاز كبير يمثل نقطة تحول في مجال تحويل الفحم”. أكدت مجلة “نيتشر” على الإنجاز الكبير الذي حققته الصين في مجال تحويل الفحم إلى غاز: كفاءة عالية واستهلاك منخفض. في 4 مارس، قدم الأكاديمي باو شينهه في معهد الفيزياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم عرضًا عن هذا الإنجاز في بكين. 　　الأوليفينات هي واحدة من أهم المواد الخام في الصناعة الحديثة. يتم الحصول على الأوليفينات في بلادنا بشكل أساسي من تكرير النفط، مما يؤدي إلى تكاليف باهظة وضغوط بيئية كبيرة. لذلك، فإن استخدام الكيماويات المستخلصة من الفحم كبديل للكيماويات المستخلصة من النفط يُعد أحد الطرق الجديدة لتطوير مصادر الطاقة التي تسعى بلادنا إلى تطبيقها في السنوات الأخيرة. 　　تم نشر نتائج هذا البحث في 4 مارس في مجلة “ساينس” الأمريكية، كما تم تقديم طلبات للحصول على براءات اختراع في الصين وكذلك براءات اختراع دولية من نوع PCT. نشرت مجلة “ساينس” في نفس العدد مقالًا تحليليًا من خبراء بعنوان “من المذهل هذا الاختيارية”، وأشاروا إلى أن هذه العملية قد تكون ذات قيمة كبيرة في المجال الصناعي في المستقبل. 　　في عام 1923، اخترع العالمان الألمان فيشر وتروبش عملية فيشر-تروبش، وهي عملية تُستخدم لتحويل الفحم إلى مواد كيميائية ذات نسبة كربون عالية ووقود سائل، من خلال استخدام الغاز السينثيتيك. على الرغم من أن هذه العملية ليست مثالية، حيث تنتج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، بالإضافة إلى استهلاك كميات كبيرة من الماء، وضعف انتقائية المنتجات، واحتياجها إلى طاقة كبيرة في المعالجة اللاحقة، إلا أن قطاعي الطاقة والكيماويات الدوليين يعتبران أن هذه العملية لا يمكن استبدالها. 　　اليوم، قام الباحثون في معهد داليان للكيمياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم بتغيير هذه العملية؛ فقد تخلوا عن طريقة إنتاج الهيدروجين عبر تحويل المياه إلى غاز، والتي تتطلب استهلاكًا كبيرًا للمياه والطاقة، واستخدموا بدلاً من ذلك الغاز الناتج عن تحويل الفحم إلى غاز (بعد تنقيته)، للحصول بشكل انتقائي على الأوليفينات منخفضة الكربون. عندما يكون معدل التحويل لغاز ثاني أكسيد الكربون في اتجاه واحد 17%، فإن نسبة الاختيارية للمنتجات الهيدروكربونية منخفضة الكربون تصل إلى 94%، ومن بينها، تكون نسبة الاختيارية للأوليفينات منخفضة الكربون (مثل الإيثيلين والبروبيلين والبيوتيلين) أكثر من 80%. تم كسر الحد التقليدي لعملية تخليق فيريو-تو، والذي كان يبلغ 58% كحد أقصى لانتقائية الأوليفينات منخفضة الكربون (الحد SF). 　　تستخدم عملية فاي-تو التقليدية المعادن (في حالتها المختزلة) كمحفزات. يتم تفكيك جزيئات ثاني أكسيد الكربون بشكل نشط على سطح المحفز المعدني إلى ذرات الكربون والأكسجين، وتتفاعل ذرات الكربون والأكسجين مع الهيدروجين الموجود على سطح المحفز لتكوين مركب الميثيلين (CH2)، مع إطلاق جزيئات الماء في الوقت نفسه. يتم تكوين المركبات الوسيطة ذات الروابط الميثيلية من خلال تفاعلات الإدخال بالانتقال، حيث يحدث تجمع حر على سطح العامل المساعد، مما يؤدي إلى تكوين مركبات هيدروكربونية تحتوي على أعداد مختلفة من ذرات الكربون (من واحد إلى ثلاثين، وأحيانًا حتى مئات ذرات الكربون). يتميز منتجات التفاعل الكربوهيدراتية بتوزيع واسع لعدد ذرات الكربون، مما يؤدي إلى انخفاض انتقائية المنتج المرغوب فيه. في الوقت نفسه، يتطلب هذا العملية استخدام كميات كبيرة من الهيدروجين لإزالة ذرات الأكسجين الناتجة عن تفكك غاز ثاني أكسيد الكربون على سطح المحفز المعدني. ويتم الحصول على هذا الهيدروجين عبر عملية تحويل غاز الماء إلى هيدروجين (CO + H2O → H2 + CO2). وتعتبر عملية التحويل هذه عملية مستهلكة للطاقة بشكل كبير، كما أنها تؤدي إلى إطلاق كميات كبيرة من غاز ثاني أكسيد الكربون. 　　استخدم الباحثون في معهد داليان للكيمياء عملية تتضمن استخدام أكاسيد مركبة مختزلة جزئيًا كمحفزات؛ حيث يتم امتصاص جزيئات CO على مواقع العيوب الأكسجينية في المحفز وتفككها، وتتفاعل جزيئات الهيدروجين في الطور الغازي بشكل انتقائي مع ذرات الكربون الناتجة عن التفكك لتكوين جذور حرة من نوع الميثيل. أما ذرات الأكسجين الناتجة عن تفكك جزيئات CO على سطح المحفز، فإنها تميل إلى التفاعل مع جزيئات CO الأخرى لتكوين ثاني أكسيد الكربون. على عكس عملية F-T التقليدية، فإن جذور الحرة الميثيلية التي تتكون في المواقع التي تعاني من نقص الأكسجين لا تبقى على سطح الحفاز أو تخضع لتفاعلات تكثيف على السطح، بل تدخل بسرعة إلى مسام المرشح الجزيئي، حيث تتم عمليات الربط الموجهة في بيئة محصورة داخل المسام، مما يؤدي إلى تكوين هيدروكربونات منخفضة الكربون، وبالتالي يزيد ذلك من انتقائية المنتج. من خلال التحكم في مسام المنخل الجزيئي وخصائصه الحمضية، يمكن تعديل جزيئات المنتج بشكل متحكم فيه. أكدت مجلة “نيتشر” على الإنجاز الكبير الذي حققته الصين في مجال تحويل الفحم إلى غاز: كفاءة عالية واستهلاك منخفض. يتمثل هذا الإنجاز في استخدام غاز ثاني أكسيد الكربون بدلاً من الهيدروجين، مما يسمح بالتخلص من الأكسجين الزائد في تكوين الهيدروكربونات. وبذلك، يتم التخلي عن عملية تحويل الفحم إلى غاز باستخدام كميات كبيرة من الطاقة والمياه، ويتم ابتكار طريقة جديدة لتحويل الفحم باستخدام كميات قليلة جداً من المياه (دون الحاجة إلى دورة مياه). وبذلك، تم الرد بنجاح على السؤال الذي كان يشغل بال رئيس الوزراء، وهو “هل من الممكن تحويل الفحم إلى غاز دون استخدام المياه أو باستخدام كميات قليلة منها؟”. 　　في الوقت نفسه، تمكن فريق الأكاديمي باو شينهي من خلال الابتكار من دمج محفزات الأكسيد مع المنخل الجزيئي، مما سمح بفصل فعّال لمركزي النشاط الحفاز، وهما تنشيط غاز CO وربط المركبات الوسيطة. وبذلك تم السيطرة على “الجذور الحرة” التي تتكون بشكل عشوائي في تقنية فريتو التقليدية، ووضعها داخل “قفص” يتكون من المنخل الجزيئي، مما سمح بتوجيه سلوكها لإنتاج المنتج المرغوب فيه، وهو الأوليفينات ذات الكربون المنخفض. تم حل مشكلة “التوازن المتناقص” بين النشاط والانتقائية في التفاعلات الحفزية التقليدية، مما يوفر دليلاً لتصميم محفزات فعالة وعمليات تفاعل حفزي أكثر كفاءة. 　　إن عملية الاختراع الجديد الذي قام به فريق الأكاديمي باو شينهي، بالإضافة إلى توفير المياه وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من خلال تحسين العمليات الإنتاجية (تقصير مدة العمليات وتقليل استهلاك الطاقة)، فإنه يحقق أيضًا فوائد اقتصادية كبيرة. ووفقًا للتقييم الأولي الذي أجرته شركة الصين لهندسة المشاريع البتروكيماوية (SEI)، فإن معدل العائد الداخلي لهذه العملية يمكن أن يصل إلى أكثر من 14% في الظروف الحالية. 　　“يجب أن تدعم التكنولوجيا «ثورة الطاقة». ”أفاد باو شينهي أن العديد من الشركات الكيميائية المحلية والدولية مهتمة جدًا بتوسيع تطبيقات هذه العملية. بعد تقييم دقيق ومشاورات مكثفة، توصل معهد داليان للكيمياء حاليًا إلى اتفاقيات أولية مع شركات كيماوية رئيسية في الصين وشركات كيماوية معروفة عالميًا، من أجل التعاون المشترك في مجالات مثل تصنيع العوامل المحفزة وتطوير العمليات الصناعية. والهدف هو تحقيق نموذج صناعي وتحويل هذا الإنجاز المبتكر إلى قوة إنتاجية حقيقية في أسرع وقت ممكن. 　　عندما علم الدكتور شواب، أحد خبراء شركة باسف الألمانية الذين عملوا في مجال تطوير عملية إنتاج الأوليفينات عبر عملية فتو لأكثر من عشرين عامًا، بالمبادئ الأساسية لهذه العملية، قال بإحباط: “لماذا لم نفكر في هذه الفكرة أولاً؟” ”أجاب الأكاديمي باو شينههو بفخر: “لقد خطرت لكم العديد من الأفكار، وحان الدور علينا الآن”. 　　يأتي الثقة في قول هذا الكلام من التزام فريق بحثي متميز على مدى عقود، بالإضافة إلى تحسن القدرات البحثية التكنولوجية في الصين باستمرار: فقد استغرق هذا البحث وحده أكثر من تسع سنوات، وقد تعاون الفريق مع العديد من المؤسسات البحثية في الصين، بما في ذلك مصدر الإشعاع المتزامن في هيفي، كما استخدموا أجهزة بحثية متطورة تم تطويرها محليًا. خلال هذه الفترة، لم ينشر الفريق أي مقالات بحثية ذات صلة، باستثناء تقديم العديد من طلبات براءات الاختراع في الصين وكذلك براءات الاختراع الدولية من نوع PCT. 　　تم تمويل أبحاث المشاريع ذات الصلة من قبل **لجنة صندوق العلوم الطبيعية، ووزارة العلوم والتكنولوجيا، والمشاريع العلمية الاستراتيجية التابعة لأكاديمية العلوم الصينية. عنوان النص الأصلي: «نيتشر» تؤكد إنجازًا تاريخيًا كبيرًا في الصين في مجال تحويل الفحم إلى غاز: كفاءة عالية واستهلاك منخفض. بالتأكيد هذا خطأ، يجب أن يكون الأمر متعلقًا بإنتاج الأوليفينات من الفحم.