استخدام الماء لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.. فرص جديدة في قطاعات الكيمياء الخضراء والطاقة المستدامة

يمكن أن يلعب الماء دورًا حاسمًا في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية ، وفقًا لمهندسي جامعة جونز هوبكنز.

قام فريق بقيادة شوجي هول، الأستاذ المساعد في علوم وهندسة المواد والباحث المشارك في معهد رالف أوكونور للطاقة المستدامة (ROSEI)، بتطوير استراتيجية جديدة تعمل على تحسين توافر المياه لتحسين كفاءة الطاقة الكهروكيميائية.

تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى منتجات كيميائية ذات قيمة مثل الإيثيلين والإيثانول، ظهرت نتائجهم في مجلة Nature Cataليز .

وقال هول، الذي عمل في الدراسة مع المؤلف الأول نيك تشانج، الحاصل على درجة الدكتوراه: “قد يؤدي هذا إلى ظهور طرق أكثر كفاءة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد كيميائية ووقود قيمة”، “إن اكتشافنا لا يعزز الجهود المبذولة لمكافحة تغير المناخ فحسب، بل يكشف أيضًا عن فرص جديدة في قطاعات الكيمياء الخضراء والطاقة المستدامة، وفي جوهره، يمكن أن يلعب هذا البحث دورًا رئيسيًا في انتقالنا نحو مستقبل أكثر استدامة ووعيًا بالبيئة.”

تتضمن العملية المعتادة للتحويلات مثل هذه استخدام معدن النحاس والكهرباء لتحويل ثاني أكسيد الكربون، لكن ذلك أدى إلى إنتاج الكثير من الميثان وأول أكسيد الكربون، قرر هول أن ينظر في كيفية تغيير الماء للمعادلة لأنه مذيب عالمي ومتوفر بكثرة وغير سام.

إنتاج المزيد من الإيثانول والإيثيلين

يركز نهج المجموعة على معالجة النشاط الديناميكي الحراري للماء في المحاليل الملحية عالية التركيز.

قام الباحثون بتشغيل الكهرباء من خلال الماء المشبع بثاني أكسيد الكربون، مما أدى إلى تقليل تركيز الماء تدريجيًا، ووجدوا أن انخفاض كمية نشاط الماء – بمعنى آخر، توفر جزيئات الماء في التفاعل – أدى إلى إنتاج المزيد من الإيثانول والإيثيلين مع انبعاثات أقل للميثان وأول أكسيد الكربون.

كان هذا نتيجة التصاق ثاني أكسيد الكربون، وهو وسيط رئيسي في التفاعل، بسطح النحاس، مما أدى إلى التفاعلات الكيميائية التي أنتجت المواد الكيميائية التي كان هول ومجموعته يبحثون عنها.

وقال هول: “هذا يعني أن النشاط المائي يلعب دورًا محوريًا في تعزيز التغطية السطحية لثاني أكسيد الكربون وتعزيز اقتران CC، مما يؤدي إلى إنشاء منتجات C2 مرغوبة ” .

في حين أن الإيثانول والبروبرانول من المنتجات المحتملة، يحدد هول الإيثيلين باعتباره الشكل الأساسي للكربون الذي يتم توليده، يتم تقدير قيمة الإيثيلين في قطاع التصنيع مع مجموعة متنوعة من التطبيقات المحتملة، بما في ذلك العمل كمكون أساسي لمجموعة من المواد بما في ذلك البولي إيثيلين وأكسيد الإيثيلين وجليكول الإثيلين، اقترب الطلب العالمي على الإيثيلين من 180 مليون طن متري في عام 2018.

تقليل كمية ثاني أكسيد الكربون بالنشاط الصناعي

ويعتقد هول أن النتائج لديها القدرة على أن تكون مفيدة بشكل خاص في تقليل كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة من النشاط الصناعي، والتي تشكل أكثر من 30٪ من إجمالي الانبعاثات العالمية لثاني أكسيد الكربون.

وقال هول : “إن أهمية النتائج التي توصلنا إليها ترتكز على تطبيقاتها المحتملة في مجال الحد من ثاني أكسيد الكربون “، “تمثل دراستنا خطوة كبيرة إلى الأمام من خلال الكشف عن نهج استراتيجي لتحسين الاختزال الكهروكيميائي لثاني أكسيد الكربون إلى منتجات C2 + المرغوبة.

ونظرًا لأن الماء يعمل كمذيب عالمي، فإن فهم دوره المركزي في تنظيم التفاعل الكهروكيميائي له آثار تحويلية.”

تابعنا على تطبيق نبض