التقاط الكربون مباشرة من الهواء أكثر كفاءة الآن بفضل مواد كيميائية جديدة

يتحدث الجميع عن احتجاز الكربون وتخزينه في ظل الحاجة إلى الحد من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري في الغلاف الجوي.

ويعتمد مستقبل الكوكب على قدرة البشرية على إبطاء ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي، ولسوء الحظ، فإن أساليب التقاط الكربون الحالية ليست فعالة.

إنها تعمل بشكل جيد بالنسبة لمصادر الكربون المركزة مثل عوادم محطات الطاقة، ولكنها تفشل في الهواء المحيط حيث تكون تركيزات ثاني أكسيد الكربون أقل.

الحاجة إلى التقاط الكربون

وفي هذا السياق، تبرز فكرة التقاط الهواء المباشر، وهو الحل الذي قد يعكس ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون.

مع وصول مستويات ثاني أكسيد الكربون الحالية إلى 426 جزءًا في المليون- وهو ما يزيد بنسبة 50% عن مستويات ما قبل الثورة الصناعية – فإن العالم يحتاج إلى DAC.

وبدون ذلك، يبدو الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي إلى 1.5 درجة مئوية (2.7 درجة فهرنهايت) فوق المتوسطات العالمية السابقة، وفقا لتوصيات الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، هدفا بعيد المنال.

أمل جديد للانبعاثات السلبية

قام فريق من الكيميائيين من جامعة كاليفورنيا في بيركلي بتطوير مادة ماصة قد تجعل هدف الانبعاثات السلبية واحتجاز الكربون حقيقة واقعة.

يقوم الإطار العضوي التساهمي (COF) بالتقاط ثاني أكسيد الكربون من الهواء المحيط دون أي تحلل ناتج عن الماء أو أي ملوثات أخرى، متجاوزًا حدود تقنيات DAC الحالية.

قال عمر ياجي، أستاذ الكيمياء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي والمؤلف الرئيسي للورقة البحثية: “لقد أخذنا مسحوقًا من هذه المادة، ووضعناه في أنبوب، ثم مررنا هواء بيركلي – فقط الهواء الخارجي – إلى المادة لمعرفة كيفية أدائها، وكانت رائعة، لقد نظفت الهواء بالكامل من ثاني أكسيد الكربون، كل شيء”.

أداء يتجاوز المعايير القياسية

وما يجعل هذا التطور أكثر إيجابية هو تنوعه، يمكن أن تتكيف هذه المادة مع أنظمة التقاط الكربون الحالية أو إزالة ثاني أكسيد الكربون من انبعاثات المصافي والتقاط ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لتخزينه تحت الأرض.

وتصل فعالية هذه المادة إلى درجة أن 200 جرام منها تمتص كمية من ثاني أكسيد الكربون في عام واحد (حوالي 20 كيلوغراماً أو 44 رطلاً) تعادل ما تمتصه شجرة.

النضال من أجل ماضي أنظف

تركز الجهود المبذولة لمعالجة تغير المناخ بشكل كبير على إبطاء إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي .

كما يوضح المؤلف الرئيسي للدراسة، طالب الدراسات العليا في جامعة كاليفورنيا في بيركلي زيهوي تشو، “يعد التقاط غازات الاحتراق وسيلة لإبطاء تغير المناخ لأنك تحاول عدم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الهواء، ويُعد التقاط الهواء المباشر وسيلة لإعادتنا إلى ما كنا عليه قبل 100 عام أو أكثر”.

وأضاف “حالياً، يتجاوز تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي 420 جزءاً في المليون، ولكن هذا الرقم قد يرتفع إلى 500 أو 550 جزءاً في المليون قبل أن نتمكن من تطوير واستخدام تقنية التقاط غازات الاحتراق بالكامل، لذا، إذا أردنا خفض التركيز والعودة إلى 400 أو 300 جزء في المليون، فيتعين علينا استخدام تقنية التقاط الهواء المباشر.”

حملة لالتقاط الكربون

أحد الأشياء التي تجعل هذه المادة مميزة هو أنها مصنوعة من روابط تساهمية مزدوجة بين كربون-كربون وكربون-نيتروجين، وهي بعض من أقوى الروابط الكيميائية في الطبيعة.

قام العلماء بتصميم المادة COF-999 لمقاومة مجموعة من الملوثات بما في ذلك الأحماض والقواعد والماء والكبريت والنيتروجين.

يتبين أن الهواء الذي يحتوي على 400 جزء في المليون من ثاني أكسيد الكربون عند ضخه عبر COF في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) ورطوبة 50% يصل إلى نصف سعته في 18 دقيقة ويمتلئ في حوالي ساعتين، وإذا تم تحسينه، يمكن للعلماء تقليصه إلى جزء من الدقيقة.

يستوعب COF ما يصل إلى 2 مليمول من ثاني أكسيد الكربون لكل جرام، متفوقًا على المواد الماصة الصلبة الأخرى، بعد 100 دورة، لم يكن هناك أي فقدان للسعة.

وقال ياجي “إنها في الأساس أفضل مادة متوفرة لالتقاط الهواء المباشر”.

مستقبل التقاط الكربون

ويشعر العلماء بالحماس تجاه دمج الذكاء الاصطناعي مع نوع الكيمياء الذي يعمل عليه الفريق.

يمكن للذكاء الاصطناعي تسريع تصميم COFs و MOFs أفضل لالتقاط الكربون من خلال تحديد الظروف الكيميائية المطلوبة لتركيب هياكلها البلورية.

هذا المزيج من الذكاء الاصطناعي والكيمياء من شأنه أن يجعل هدف العالم المتمثل في الانبعاثات السلبية حقيقة واقعة ويقرب البشرية من عالم أكثر صحة واستدامة.