المعادن السائلة قد تخلق مستقبلاً أكثر خضرة لإنتاج المواد الكيميائية

تحتل المعادن السائلة صدارة استراتيجية جديدة لمكافحة الانبعاثات الصناعية.

وعلى الرغم من التحول العالمي نحو الطاقة المتجددة ، تظل الحقيقة القاسية هي أن الإنتاج الكيميائي يساهم بنحو 10 إلى 15% من انبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي.

يتم إنفاق ما يصل إلى 10 % من إجمالي استهلاك الطاقة في جميع أنحاء العالم في المصانع الكيميائية، وهو رقم يتزايد باطراد.

ولكن ما هو السبب الرئيسي وراء ذلك؟ التفاعلات الكيميائية التي تستهلك كميات كبيرة من الطاقة والتي تشكل عنصراً أساسياً في إنتاج مجموعة واسعة من السلع.

وفي تطور مثير للاهتمام، يقترح باحثون من جامعة سيدني نهجا جذريا لمعالجة هذه الانبعاثات– الاستفادة من “الذكاء الذري” للمعادن السائلة لتحفيز تفاعلات كيميائية أكثر خضرة واستدامة.

نُشرت الدراسة في مجلة Science .

قلب الوجود الحديث

ويتولى قيادة هذا البحث المبتكر البروفيسور كوروش كلنتر زاده، رئيس كلية الهندسة الكيميائية في جامعة سيدني.

قال البروفيسور كلنتر زاده: “غالبًا ما ينسى الناس أن التفاعلات الكيميائية هي جوهر كل ما نملكه ونستخدمه؛ حيث يتم إنشاء جميع المنتجات الحديثة تقريبًا باستخدام نوع ما من التفاعل الكيميائي”.

في الواقع، من البلاستيك عالي الجودة في الأدوات الطبية إلى الأمونيا في الزراعة، تتضمن عملية إنتاج أغلب السلع الحديثة تفاعلات كيميائية تستهلك قدراً كبيراً من الطاقة، مما يؤدي بالتالي إلى زيادة انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري .

المعدن السائل

يقترح فريق البحث، أن العديد من التفاعلات الكيميائية يمكن أن تصبح أكثر كفاءة باستخدام المعادن السائلة، وتشمل هذه التفاعلات إنتاج الهيدروجين الأخضر، وتركيب المواد الكيميائية المنظمة مثل البوليمرات المستخدمة في الأدوات المنزلية، وتحلل المواد مثل البلاستيك الدقيق وPFAS .

وأشار البروفيسور كلنتر زاده إلى أن “استخدام المعادن السائلة في التفاعلات الكيميائية لا يزال مفهومًا جديدًا للغاية؛ فمعظم التفاعلات الكيميائية لا تزال تعتمد على عمليات عمرها عقود من الزمن، ولا يزال الاستفادة من “الذكاء الذري” للمعادن في شكل سائل لتحريك التفاعلات غير مستكشف إلى حد كبير ولكنه يحمل إمكانات هائلة لتحويل مستقبل الصناعات الكيميائية”.

وفي العام الماضي، نجح الفريق في تطوير تقنية تستخدم المعادن السائلة، بهدف استبدال العمليات التقليدية التي تستهلك الكثير من الطاقة وتعتمد على المحفزات الصلبة (المعادن الصلبة أو المركبات) لتحفيز التفاعلات الكيميائية.

وتتضمن المنهجية المبتكرة إنشاء مجموعة من المنتجات، بما في ذلك البلاستيك والأسمدة والوقود والمواد الخام.

التفاعلات عند درجات الحرارة المنخفضة

النهج الثوري الذي يتبعه الفريق يسمح بإثارة التفاعلات الكيميائية عند درجات حرارة أقل، وهذا يتناقض بشكل صارخ مع الأساليب الحالية التي تتطلب تسخين المعادن إلى عدة آلاف من الدرجات المئوية.

تستطيع المعادن السائلة إذابة المعادن المحفزة مثل القصدير والنحاس والفضة والنيكل عند درجات حرارة منخفضة.

وينتج عن هذا سبائك تسهل التفاعلات الكيميائية عند طاقة منخفضة، وبالتالي تقدم خطوة عميقة نحو مستقبل مستدام للصناعات الكيميائية.

يقدم البحث المبتكر خارطة طريق توضح الإمكانات التحويلية لتغيير طبيعة التفاعلات الكيميائية.

ومع إدراك المزيد من الصناعات لهذه الإمكانات، أصبحت الاحتمالات لا حدود لها، وربما يكون المستقبل الأكثر استدامة في متناول أيدينا.

الخصائص الفريدة للمعادن السائلة

تتمتع المعادن السائلة، مثل الجاليوم والزئبق، بخصائص رائعة تجعلها مرشحة مثالية لإحداث ثورة في العمليات الكيميائية.

ومن أهم مميزات المعادن السائلة قدرتها على البقاء في حالة سائلة عند درجات حرارة منخفضة نسبيا، مما يسمح باستخدامها كمذيبات ومحفزات فعالة.

بالإضافة إلى ذلك، تتمتع المعادن السائلة بموصلية حرارية وكهربائية ممتازة، مما قد يؤدي إلى تحسين ظروف التفاعل وتحسين الكفاءة الإجمالية.

تسمح هذه الموصلية بإدارة أفضل للحرارة أثناء العمليات الكيميائية، مما يقلل من هدر الطاقة ويعزز استقرار التفاعلات.

علاوة على ذلك، فإن بنيتها الذرية الفريدة تمكن المعادن السائلة من إنشاء بيئات ديناميكية للتفاعلات الجزيئية، مما قد يؤدي إلى تطوير مواد ومنتجات جديدة.

مستقبل الكيمياء الخضراء

ومع استمرار الباحثين في استكشاف تطبيقات المعادن السائلة في التفاعلات الكيميائية، فإن إمكانات الابتكار هائلة.

من إنتاج وقود أنظف إلى تطوير مواد أكثر استدامة، قد تكون المعادن السائلة بمثابة حجر الزاوية لمستقبل الكيمياء الخضراء، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في الانبعاثات الصناعية وتمهيد الطريق لعالم أكثر استدامة.

دمج هذه التكنولوجيا لن يؤدي إلى تغيير مشهد إنتاج المواد الكيميائية فحسب، بل قد يساهم أيضًا في الجهود العالمية لمكافحة تغير المناخ.