حلاً جديدًا لاحتجاز الكربون من أجل وقود أنظف وأكثر كثافة في استخدام الطاقة.. أفضل طريقة لإغلاق دورة الكربون
يخدم احتياجات الطاقة المستقبلية من خلال تخزين الطاقة المتجددة وإغلاق دورة الكربون البشرية
على مدى القرون الثلاثة الماضية، وخاصة منذ الثورة الصناعية في أواخر القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، أدت الأنشطة البشرية إلى زيادة كبيرة في مستويات غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي للأرض.
الجناة الرئيسيون هم استهلاك الوقود الأحفوري، والعمليات الصناعية ، وإزالة الغابات ، وإدارة النفايات.
واستجابة لذلك، تهدف الجهود العالمية إلى خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري لتحقيق صافي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بحلول عام 2050، مع مساهمة قطاعي الطاقة الكهربائية والصناعة في حوالي نصف انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الولايات المتحدة (CO 2 ) ، وإيجاد حلول في هذه المجالات أمر حتمي.
تحويل انبعاثات الكربون إلى غاز البروبان
في ورقة بحثية نُشرت في Nature Energy ، طور باحثون من جامعة بنسلفانيا ومعهد إلينوي للتكنولوجيا وجامعة إلينوي في شيكاغو نظامًا يمكنه تحويل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى غاز البروبان (C 3 H 8 ) ، وهو منظف، مصدر وقود أكثر كثافة للطاقة.
كما يقول المؤلف المشارك أندرو رابي من كلية الآداب والعلوم في بنسلفانيا “التحويل الكهروكيميائي لثاني أكسيد الكربون يمكن أن يخدم احتياجات الطاقة المستقبلية من خلال تخزين الطاقة المتجددة وإغلاق دورة الكربون البشرية”، “هذا البحث يمهد الطريق لحلول جديدة من شأنها معالجة تحديات تخزين الطاقة وتقليل مستويات ثاني أكسيد الكربون بشكل هادف .”
أفضل طريقة لإغلاق دورة الكربون
يقول المؤلف المشارك محمد أسدي من معهد إلينوي للتكنولوجيا: “إن تصنيع المواد الكيميائية المتجددة أمر مهم حقًا”، “إنها أفضل طريقة لإغلاق دورة الكربون دون فقد المواد الكيميائية التي نستخدمها حاليًا يوميًا.”
لطالما كان النحاس عنصرًا أساسيًا بالنسبة للباحثين الذين يبحثون عن طرق فعالة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد كيميائية ووقود ثمين، وذلك للحد من تأثيره البيئي وتوفير حلول تخزين الطاقة الجديدة، فإن الوقود المنتج كان عبارة عن مركبات أحادية الكربون منخفضة الكثافة مثل الميثان.
يوضح Zhen Jiang ، المؤلف الأول المشارك للورقة وباحث ما بعد الدكتوراه السابق، “بالإضافة إلى ذلك، تميل معظم الاستراتيجيات لزيادة انتقائية المواد للجزيئات متعددة الكربون إلى أن تكون مكلفة من حيث الطاقة.”
يقول جيانغ إن الفريق سعى إلى طرق لتجاوز المحفزات الموجودة مثل النحاس – وانتقائيتهم المتواضعة للمنتجات متعددة الكربون أو حركتها البطيئة – ودرسوا طرقًا لإضافة السائل الأيوني إلى النظام التحفيزي، دفع هذا الفريق إلى النظر إلى ثلاثي فوسفيد الموليبدينوم كمادة تحفيزية.
كما يقول جيانج “استنادًا إلى عمليات المحاكاة النظرية التي أجريناها ، وجدنا أن طبقة IL يمكن أن تعزز التصاق ثاني أكسيد الكربون والمجموعات اللاحقة أثناء التفاعل على سطح محفز Mo 3 P ، وبالتالي تثبيت المواد الوسيطة في مواقع مختلفة على طول السطح لإنتاج C 3 H 8 مع كفاءة لا مثيل لها بنسبة 91٪ “.
يلاحظ الفريق أيضًا أن هذا الاكتشاف الرئيسي أدى إلى نموذج جديد لاستكشاف العلاقة بين المواد في أنظمة التحفيز الكهربائي.
يقول جيانج : “من الناحية التقليدية، كان محفز الحالة الصلبة، والمحلول المائي الذي يربط نقل الأيونات عبر التفاعل، يعملان مع ترويج متبادل أقل في الواجهة”، “ولكن الآن، يمكننا تطبيق نهج هجين عبر تقنيات مثل طلاء IL على محفزات الحالة الصلبة وإعادة فحص الأنظمة التي سبق تجربتها مع فهمنا الجديد للبيئة المكروية للمحفز.”
محفزات توليد الوقود
بالنظر إلى المستقبل، يخطط الباحثون للبناء على هذا البحث بطريقتين: الأولى، تطوير فهرس للسوائل الأيونية وفعاليتها في محفزات توليد الوقود والأنظمة الكهروكيميائية الأخرى.
وثانيًا ، دراسة العوامل الحفازة الجديدة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مصادر وقود أكثر كثافة للطاقة من غاز الوقود إلى زيت خفيف يحتوي على المزيد من ذرات الكربون.
يقول Rappe ، “توسيع هذا البحث ليشمل الهيدروكربونات ذات الوزن الأعلى يمكن أن يغلق دورة الكربون عن طريق إنتاج الغاز الطبيعي والبروبان والبنزين، وحتى وقود الطائرات مباشرة من ثاني أكسيد الكربون الناتج عن احتراق الوقود السابق، وبهذه الطريقة، يخزن نفس ذرات الكربون الطاقة مرارًا وتكرارًا، ولا نطلقها في الغلاف الجوي “.
