حل جديد لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود سائل

Thread Content

حل جديد لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود سائل
المؤلف/المصدر: تاريخ النشر: 8 يناير 2016، عدد المرات التي تم فيها النقر على المقال: 199
في 7 يناير 2016، نشر قسم الكيمياء وعلوم المواد في جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية، بالإضافة إلى فريق البحث بقيادة البروفيسور شيه يي والبروفيسور سون يونغفو، نتائج أبحاثهم في مجلة “نيتشر” حول استخدام هياكل ثنائية الأبعاد رقيقة جدًا في تحفيز تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود سائل. ويُعد هذا الاكتشاف حلاً جديدًا لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود قابل للاستخدام. 　　في الماضي، كانت عملية تنشيط ثاني أكسيد الكربون تتطلب كميات هائلة من الطاقة. ومنذ بداية هذا القرن، أدى الإنتاج الكبير لغازات الاحتباس الحراري مثل ثاني أكسيد الكربون خلال عملية التصنيع إلى تسريع وتيرة الاحتباس الحراري في العالم ； من ناحية أخرى، فإن الاستهلاك المفرط للوقود الأحفوري غير المتجدد يُشكل إنذارًا بأزمة الطاقة العالمية. لمواجهة هاتين المخاطر الكبيرتين، يسعى العلماء في السنوات الأخيرة إلى إيجاد تقنيات قابلة للتطبيق العملي، من أجل عكس عملية احتراق الوقود الأحفوري التي تؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون، وذلك بهدف تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وتخفيف مشكلة نقص الطاقة. 　　“هناك طرق متعددة لتحويل ثاني أكسيد الكربون بواسطة العوامل المحفزة، مثل التحفيز الضوئي والتحفيز الكهربائي والتحفيز الضوئي الكهربائي وإضافة الهيدروجين. أما العمل الذي يقوم به فريقنا البحثي، فهو مجرد دراسة لبعض آليات تخفيض ثاني أكسيد الكربون باستخدام التحفيز الكهربائي، وليس السعي وراء تحسين الأداء. ”أمس، قال شيه يي في مقابلة هاتفية مع الصحفيين إن عملية الاختزال الكهربائي يمكن أن تحول ثاني أكسيد الكربون إلى مختلف جزيئات الوقود الهيدروكربوني، مما يؤدي إلى الحصول على وقود مثل الميثان وحمض الفورميك والميثانول. لكن ثاني أكسيد الكربون مستقر للغاية، وأحد التحديات في عملية تخفيض ثاني أكسيد الكربون كهربائيًا هو كيفية تنشيط هذا المركب ذو الاستقرار العالي، وهو ما يتطلب عادةً جهدًا كهربائيًا عاليًا للغاية ； ويؤدي وجود الجهد الزائد ليس فقط إلى هدر كميات كبيرة من الطاقة، بل يؤدي أيضًا غالبًا إلى انخفاض انتقائي في منتجات الاختزال. 　　بشكل عام، تتمتع المحفزات المصنوعة من المعادن الثمينة بنشاط حفزي عالٍ، لكن ارتفاع أسعارها يحد بشكل كبير من استخدامها على نطاق واسع. لهذا السبب، يبحث العلماء عن مختلف المحفزات المعدنية ذات التكلفة المنخفضة نسبيًا. 　　إن وجود هياكل رقيقة جدًا بالتزامن مع أكاسيد المعادن أمر مفيد للغاية. تُظهر الدراسات السابقة أن العوامل المحفزة المعدنية التي يتم الحصول عليها عن طريق اختزال أكاسيد المعادن تتمتع بنشاط أعلى مقارنة بتلك التي يتم تحضيرها باستخدام طرق أخرى، بل إنها قادرة على خفض جهد اختزال ثاني أكسيد الكربون إلى أدنى قيمة ممكنة من الناحية الديناميكية الحرارية. “لكن، لم يتم توضيح سبب قدرة أكسيدات المعادن على السطح على تحسين الخصائص الكهروكاتاليتية. ويرجع ذلك في الأساس إلى أن المحفزات التي تم تصنيعها في السابق كانت تحتوي على كميات كبيرة من الهياكل الدقيقة مثل الواجهات والعيوب، ووجود هذه الهياكل يؤدي إلى إخفاء تأثير أكسيدات المعادن على خصائص المعدن نفسه كمحفز، مما يجعل من الصعب تحديد دور كل مكون بشكل واضح. ”قال شيه يي. 　　لهذا الغرض، طورت مجموعة البحث نظامًا من المواد النموذجية المختلطة، وهو عبارة عن هيكل فائق النحافة مكون من طبقات قليلة جدًا من المعادن وأكاسيد المعادن، وتتميز هذه المواد بوضوح تركيبها، ونحافتها الشديدة، بالإضافة إلى وجود عدد كبير من الذرات ذات النشاط السطحي. أظهرت الدراسات أن ذرات الكوبالت على السطح، والموجودة في هياكل رقيقة جدًا، تتمتع بنشاط تحفيزي ذاتي أعلى، وبقدرة أكبر على اختيار المنتجات المرغوبة، مقارنة بذرات الكوبالت على السطح في الأجسام الصلبة، وذلك عند جهد كهربائي أقل. كما أن التأكسد الجزئي لطبقات ذرات الكوبالت يزيد من نشاطها التحفيزي الذاتي. 　　“وبمعنى آخر، قد تتمتع الذرات المعدنية عندما تكون في ترتيب معين وفي حالة أكسدة معينة بنشاط تحفيزي أعلى للتحويل، أي أن وجود الهياكل ثنائية الأبعاد الرقيقة جدًا وأكاسيد المعادن يزيد من قدرتها على تحفيز اختزال ثاني أكسيد الكربون. ”قال شيه يي. 　　لكن، تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود هيدروكربوني “نظيف” ليس أمرًا سهلاً، ولا يزال أمام تطبيقه طريق طويل. قال شيه يي إن العديد من العلماء في العالم يعملون حاليًا على دراسة التحويل الحفزي لثاني أكسيد الكربون، لكن الأبحاث الحالية لا تزال في مرحلة البحث الأساسي فقط. كما أشار شيه يي إلى أن هناك العديد من الصعوبات التي يجب التغلب عليها في التطبيق الفعلي لثاني أكسيد الكربون، بخلاف عملية التحويل الحفاز. وتشمل هذه الصعوبات الحاجة إلى اختزال ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء قبل عملية التحويل وتركيزه، بالإضافة إلى فصل المنتجات الناتجة بعد التحويل، وكل ذلك يواجه العديد من العوائق التقنية. http://www.nmtech.com.cn/*nwen_xgyw_xx.asp?path=58&id=174708