كان ارتفاع درجة حرارة الأرض وراء العديد من موجات الطقس المتطرفة الأخيرة ، من حرائق الغابات والفيضانات إلى الجفاف والعواصف. أحد المساهمين في هذا الاحترار هو التراكم المتزايد في الغلاف الجوي للأرض لثاني أكسيد الكربون ، أو CO. توجد تقنيات لسحب هذا الغاز من الهواء أو حبسه قبل إطلاقه. ومع ذلك ، فقد ثبت أن تخزين ثاني أكسيد الكربون الذي تم التقاطه يمثل تحديًا. يعرض فريق بحث أسترالي الآن حل هذه المشكلة عن طريق "تعدين" ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الكربون الصلب.
إحدى الفوائد:لا يوجد خطر من تسرب هذا الكربون لاحقًا إلى الهواء. علاوة على ذلك ، يمكن استخدام الكربون المستخرج من هذا الغاز لصنع جميع أنواع المنتجات ، من مواد البناء إلى البطاريات.
الشرح:أول أكسيد الكربون وغازات الدفيئة الأخرى
يضيف إيان باور ، "المثير في هذا العمل هو أن [الباحثين] حققوا هذا التفاعل في درجة حرارة الغرفة." باور عالمة جيولوجيا بيئية في كندا بجامعة ترينت. إنه في بيتربورو ، أونتاريو. إنه يتخيل القدرة على "تحويل ثاني أكسيد الكربون الذي يتسبب في ارتفاع درجة حرارة كوكب الأرض إلى منتجات ذات قيمة كربونية". البحث الجديد ، كما يقول ، "هو خطوة نحو هذا المستقبل".
وصف الفريق الأسترالي عمليته الجديدة في 17 كانون الثاني (يناير) في علوم الطاقة والبيئة.
ابتكار معدني
في الماضي ، حاول الباحثون ضخ نفايات ثاني أكسيد الكربون في عمق الأرض. ولكن كان هناك قلق من أن شيئًا ما - ربما حدوث زلزال ، أو مجرد ختم سيئ - قد يطلق يومًا ما كل هذا الغاز المكبوت.
قرر الباحثون في معهد ملبورن الملكي للتكنولوجيا بأستراليا التحقيق في فكرة أخرى. Torben Daeneke و Ken Chiang مهندسان كيميائيان. يعمل مختبر Daeneke مع المعادن المنصهرة - بمعنى المعادن السائلة. يعمل شيانغ مع المحفزات. هذه هي المواد التي تسرع التفاعلات الكيميائية. بدأ Daeneke و Chiang في التساؤل عما إذا كان المعدن السائل يمكن أن يعمل كمحفز لتفكيك ثاني أكسيد الكربون. تعاون الاثنان مع طالبة الدراسات العليا كارما زوريكي لمعرفة ذلك.
الشرح:ما هي الروابط الكيميائية؟
بحث الفريق عن تفاعلات كيميائية من شأنها تحويل ثاني أكسيد الكربون ، ولكي تتفاعل المواد الكيميائية ، يجب أن تتبادل جزيئاتها بعض الذرات. يجب أن تنفصل الذرات المترابطة داخل جزيء واحد حتى تتمكن من الارتباط مع ذرات أخرى ، لتشكيل جزيئات جديدة. مدى سهولة ارتباط الذرات ببعضها يعتمد على مدى إحكام تمسكها بإلكتروناتها.
تتخلى العديد من المعادن بسهولة عن إلكتروناتها للذرات اللافلزية ، مثل الأكسجين. لأن المعادن تتفاعل بسهولة ، يمكن استخدامها لتحفيز التفاعلات. كانت الخطوة الأولى للفريق هي العثور على مثل هذا المحفز المعدني.
غالبًا ما تكون المعادن التي نواجهها صلبة في درجة حرارة الغرفة. هذه لن تعمل بشكل جيد لدفع التفاعلات الكيميائية التي تخلق مادة صلبة. بعد كل شيء ، بمجرد أن تتشكل هذه المادة الصلبة الجديدة ، فإنها ستبقى على المعدن. يقول Daeneke إن الأمر أشبه بـ "علكة تلتصق بسطح". سوف يبطئ رد الفعل ويوقفه في النهاية. ولهذا السبب تحول فريقه إلى المعدن السائل ، يوضح:"لا يمكن لصق العلكة على سطح سائل".
استخدم معمله الغاليوم في مشروع سابق ووجد أنه يتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون ، كما أنه سائل في درجة حرارة الغرفة. يقول Daeneke إن عدم الاضطرار إلى تسخين المعدن "يكون مفيدًا عند إجراء التجارب في المختبر".
قامت مجموعته بخلط الغاليوم بمعدن سائل آخر - الإنديوم - لإنشاء مزيج يعرف باسم سبيكة. الإنديوم لديه نقطة انصهار أقل. من خلال مزج الاثنين ، علم الفريق أنه لا توجد فرصة لتصلب السبائك أثناء الاختبارات.
قام الفريق بملء أنبوب اختبار بالسبيكة ، ثم ضخ ثاني أكسيد الكربون من خلاله. مع ارتفاع فقاعات الغاز عبر السبيكة ، بدأت أجزاء من الكربون الأسود تطفو على سطح المعدن. أظهر هذا أن الغاليوم كسر الروابط بين ذرات الكربون والأكسجين في ثاني أكسيد الكربون. أصبحت ذرات الكربون تلك كربونًا صلبًا يمكن قشطه بسهولة من أعلى السائل.
ذرات أكسجين ثاني أكسيد الكربون مرتبطة بالغاليوم. هذا خلق صلبة مختلفة. ثم قام الفريق بإجراء رد فعل منفصل لتحرير الأكسجين والغاليوم حتى يمكن استخدامه مرة أخرى.
صنع المصانع "خضراء"
لم يتم تحويل كل CO. ومع ذلك ، في الوقت القصير الذي يستغرقه انتقال CObubble عبر أنبوب قصير ، كانت العملية فعالة للغاية ، كما يقول Daeneke. يقول إن استخدام أنابيب أطول ، "يجب أن يساعدنا على [رد] معظم ثاني أكسيد الكربون."
اختبر الفريق عمليته الجديدة في درجات حرارة مختلفة. على الرغم من أن التفاعل حدث في درجة حرارة الغرفة ، إلا أنه تسارع عند درجة حرارة 200 درجة مئوية أو حتى 400 درجة مئوية (392 درجة مئوية أو 752 درجة فهرنهايت). على الرغم من أن هذه تبدو وكأنها درجات حرارة عالية ، إلا أنها منخفضة جدًا لردود فعل مثل هذه ، يلاحظ داينيكي. يعتقد فريقه أن الصناعات يمكن أن تستخدم الحرارة المهدرة من أجزاء أخرى من مصانعها للوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة. سيسمح لهم ذلك بسحب ثاني أكسيد الكربون من مداخنهم. سيكون العادم الذي أطلقوه خاليًا من الكربون. ولن تحتاج المصانع إلى إضافة حرارة لتشغيل النظام.
يتوقع فريق RMIT أنه عندما يتم توسيع نطاق عمليتها ، يمكن أن تجعل المصانع التي تنتج الأسمنت والصلب "أكثر خضرة". يطلق كلا النوعين الآن كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. يعمل الفريق بالفعل على نموذج أكبر لنظامه لاختباره في مثل هذه المصانع.
ولكن ربما تكون النتيجة الأكثر إثارة:تنتهي العملية بالكربون الصلب.
يقول نيك بيرك من أستراليا:"عادةً ما تكون هناك حاجة إلى كميات كبيرة من الطاقة لكسر روابط الكربون والأكسجين في ثاني أكسيد الكربون". لم يشارك في الدراسة ، لكنه على دراية بمثل هذه المواضيع. يرأس قسم الابتكار الكربوني لمكتب ولاية فيكتوريا لسياسة وبرامج موارد الأرض. يلاحظ بورك أن "الكربون الصلب الذي تم تحريره حديثًا يطفو على المعدن السائل ، مما يجعل فصله بسيطًا." ويقول إن هذا يجعل هذه السبيكة الجديدة "على عكس العديد من تقنيات احتجاز ثاني أكسيد الكربون الحالية."
تريد معالجة المشاكل العالمية بنفسك؟ ينصح Daeneke بالتفكير في أن يصبح مهندسًا كيميائيًا. يقول:"كان من الممكن أن يشارك مهندس كيميائي في أي منتج تواجهه في حياتك اليومية". علاوة على ذلك ، يضيف ، "إنها متعة رائعة."
هذه واحدة من سلسلة تقدم أخبارًا عن التكنولوجيا والابتكار ، والتي أصبحت ممكنة بفضل الدعم السخي من مؤسسة Lemelson.
