أقطاب كهربائية أكثر كفاءة لإعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون
مع الاهتمام المتزايد بالطاقة المتجددة، يبحث العلماء باستمرار عن تقنيات جديدة لتخزين الطاقة، يعد التحليل الكهربائي لثاني أكسيد الكربون طريقة واعدة لتخزين الطاقة أثناء إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون. ومن خلال استخدام الكهرباء، يتفاعل ثاني أكسيد الكربون والماء وينتجان جزيئات أكثر تعقيدًا.
قدمت دراسة نشرت في Nature Communications بقيادة هوغو فان مونتفورت في جامعة TU Delft تصميمًا جديدًا للأقطاب الكهربائية التي تعمل على تحسين كفاءة التحليل الكهربائي لثاني أكسيد الكربون .
إن أقطاب التفلون الموسعة المستخدمة حاليًا (ePTFE) مسامية، مما يعني أنها تحتوي على ثقوب داخل هيكلها. وهذا يسمح لثاني أكسيد الكربون الغازي بالانتقال إلى مكان حدوث التفاعل، مما يؤدي إلى تكوين منتج سريع في خلية التدفق؛ الجهاز الذي يتم فيه التحليل الكهربائي.
“على القطب الكهربائي، يتم تحويل التيار المطبق إلى روابط كيميائية باستخدام محفز، في هذه الحالة النحاس،” دكتوراه. يشرح المرشح فان مونتفورت.
“تم استخدام أقطاب ePTFE لتحسين استقرار خلايا التدفق دون أن ينظر أحد حقًا إلى القيود التي تضعها هذه الأقطاب الكهربائية على التصميم، لقد نظرنا في كيفية تأثير الأحمال المختلفة للمحفز على توزيع التيار الكهربائي، لقد تمكنا من أظهر أن الطريقة البديلة لتوزيع هذا التيار تزيد من الناتج الإجمالي للتفاعل”.
“لقد رأينا أنه إذا كانت طبقة المحفز الموجودة على هذه الأقطاب الكهربائية رقيقة جدًا، فإن التيار يتركز على حواف القطب. وهذا يجعل توسيع نطاق هذه الأنظمة أمرًا صعبًا، لأن الأقطاب الكهربائية الأكبر حجمًا ستتطلب بعد ذلك طبقات محفزة أكثر سمكًا لنشر التيار عبر السطح. ومن خلال هندسة تصميم جديد للتوزيع الحالي، أظهرنا كيف يمكننا تحسين هذا التوزيع دون التأثير على مزيج المنتج.”
يقدم البحث طريقة جديدة تمامًا للنظر إلى هذه الأقطاب الكهربائية. ويضيف فان مونتفورت: “باستخدام كاميرات الأشعة تحت الحمراء لدراستها، يمكننا أن نرى مدى سخونة كل جزء من القطب . وتتعرض الأجزاء الأكثر دفئًا لتيار أعلى، مما يشير إلى أن التفاعل يحدث بسرعة أكبر هناك”.
يقدم التحليل الكهربائي لثاني أكسيد الكربون فائدتين هائلتين كتقنية لإنتاج الطاقة، أولًا، إنها طريقة محايدة للكربون لإنتاج جزيئات معقدة، مثل الإيثيلين والميثان. وتستخدم هذه المواد في الصناعة الكيميائية لإنتاج البلاستيك والمنسوجات وغيرها من المواد، عادةً ما يتم استخلاص هذه الجزيئات من الغاز أو الزيت.
وبالتالي فإن توسيع نطاق هذه التكنولوجيا من شأنه أن يقلل من استخدام الوقود الأحفوري. علاوة على ذلك، تعتمد هذه التكنولوجيا فقط على الماء وثاني أكسيد الكربون ، وهو الجزيء الذي يتم إنتاجه كنفايات في العديد من العمليات الصناعية والذي يوجد بكثرة في الغلاف الجوي بالفعل.
يقول فان مونتفورت: “على الرغم من أن التحليل الكهربائي لثاني أكسيد الكربون هو أحد التقنيات التي تستعد لتزويد المواد الكيميائية المحايدة للكربون في المستقبل القريب، إلا أنه لا تزال هناك قيود خطيرة تمنع تطبيقه على نطاق واسع في الصناعة الكيميائية”.
“إن تصميمنا الجديد لا يحل جميع المشاكل المرتبطة بهذه التكنولوجيا. ومع ذلك، لدينا أمل كبير في أنه لا يفصلنا سوى بضعة عقود عن إحداث فرق على المستوى الصناعي.”
ويضيف فان مونتفورت: “إن البحث المنشور كان عبارة عن تعاون دولي كبير”.
“لقد تعاونا مع مجموعة في أستراليا تتمتع بالخبرة في تصوير الأجسام الصغيرة جدًا باستخدام المجاهر الإلكترونية الماسحة. هذا العمل عبارة عن جهد جماعي، وقد ساهم كل مؤلف مشارك في المقالة، ومن ناحية أخرى، يبدو أن الأخبار “للسفر بسرعة في عالم العلوم. لقد تمت دعوتنا لإلقاء محاضرات حول النتائج التي توصلنا إليها ويطلب منا الناس شرح تقنيتنا والتعاون معهم.”
