بناء آلة تلتقط الكربون من غاز المداخن وتحويله إلى إيثيلين
قام مهندسون ببناء آلة تلتقط الكربون من غاز المداخن وتحويله إلى إيثيلين، يدمج الجهاز لأول مرة نظام احتجاز الكربون مع نظام محادثة الإيثيلين، ولا يعمل النظام بالكهرباء فحسب، بل يزيل أيضًا المزيد من الكربون من البيئة أكثر مما يولده – مما يجعله ما يسميه العلماء صافي انبعاثات الكربون.
من بين المواد الكيميائية المصنعة في جميع أنحاء العالم، يحتل الإيثيلين المرتبة الثالثة في انبعاثات الكربون بعد الأمونيا والأسمنت، يستخدم الإيثيلين ليس فقط في صناعة منتجات بلاستيكية للتعبئة والتغليف والصناعات الزراعية والسيارات ولكن أيضًا لإنتاج المواد الكيميائية المستخدمة في مانع التجمد والمعقمات الطبية وانحياز الفينيل للمنازل، على سبيل المثال.
تم نشر النظام ونتائج تجارب علماء كلية الهندسة في جامعة إلينوي في شيكاغو، في ورقة علم الطاقة والبيئة بعنوان “نظام كهروكيميائي متكامل بالكامل يلتقط ثاني أكسيد الكربون من غاز المداخن لإنتاج مواد كيميائية ذات قيمة مضافة في الظروف المحيطة”.
قال مينيش سينج، الأستاذ المساعد في جامعة كاليفورنيا في قسم الهندسة الكيميائية: “هذا هو أول دليل على نظام متكامل، سلبي صافي، كهربائي بالكامل لالتقاط الكربون من الملوثات وإنشاء مورد ذي قيمة عالية”.
وأضاف، “هناك حاجة ملحة لتطوير تقنيات فعالة لاحتجاز الكربون وتحويله بشكل متكامل لإنتاج وقود سلبي صافٍ على نحو مستدام. وفي الوقت الحالي، فإن أنظمة احتجاز وتحويل الكربون المتكاملة كثيفة الاستهلاك للطاقة وتعمل في دورة متقطعة من احتجاز ثاني أكسيد الكربون وخفضه، يؤدي الدمج الفعال لاحتجاز الكربون مع نظام التحويل إلى التخلص من الحاجة إلى النقل والتخزين، وبالتالي زيادة كفاءته في استخدام الطاقة”.
يلتقط نظام التقاط وتحويل الكربون المتكامل الذي تم تطويره في UIC باستمرار ثاني أكسيد الكربون من غاز المداخن لإنتاج الإيثيلين عالي النقاء.
وقال سينج “هذا معلم هام في إزالة الكربون من الإيثيلين”، لالتقاط الكربون من الهواء أو غاز المداخن، قام مختبر سينغ بتعديل نظام أوراق اصطناعية قياسي بمواد غير مكلفة لتشمل تدرجًا مائيًا – جانب جاف وجانب رطب – عبر غشاء مشحون كهربائيًا.
على الجانب الجاف، يرتبط مذيب عضوي بثاني أكسيد الكربون المتاح لإنتاج تركيز بيكربونات أو صودا الخبز على الغشاء، مع تراكم البيكربونات، يتم سحب هذه الأيونات سالبة الشحنة عبر الغشاء باتجاه قطب كهربائي موجب الشحنة في محلول مائي على الجانب الرطب من الغشاء، يعمل المحلول السائل على إذابة البيكربونات مرة أخرى في ثاني أكسيد الكربون، لذلك يمكن إطلاقه وتسخيره لتحويل ثاني أكسيد الكربون.
يستخدم النظام تصميمًا معياريًا قابلًا للتكديس يسمح للنظام بالتوسع بسهولة لأعلى ولأسفل.
لتحويل ثاني أكسيد الكربون المحتجز إلى إيثيلين، استخدم سينج وزملاؤه نظامًا ثانيًا يتم فيه تمرير تيار كهربائي عبر الخلية، نصف الخلية مليء بثاني أكسيد الكربون المأخوذ من نظام احتجاز الكربون، والنصف الآخر بمحلول مائي، يقوم المحفز المكهرب بسحب ذرات الهيدروجين المشحونة من جزيئات الماء إلى النصف الآخر من الوحدة مفصولة بغشاء، حيث تتحد مع ذرات الكربون المشحونة من جزيئات ثاني أكسيد الكربون لتكوين الإيثيلين.
إعادة التدوير ذات الحلقة المغلقة
قام باحثو UIC بدمج النظامين عن طريق تغذية محلول ثاني أكسيد الكربون الملتقط إلى نظام تحويل الكربون وإعادة تدويره مرة أخرى، تضمن إعادة التدوير ذات الحلقة المغلقة للمحلول إمدادًا ثابتًا بثاني أكسيد الكربون من غاز المداخن وتحويله إلى الإيثيلين.
تنفيذ وحدة غسيل كهربي بغشاء ثنائي القطب
لاختبار نظامهم المتكامل، قام الباحثون بتنفيذ وحدة غسيل كهربي بغشاء ثنائي القطب مساحتها 100 سم مربع لالتقاط ثاني أكسيد الكربون من غاز المداخن، وتوصيله هيدروليكيًا بخلية التحليل الكهربائي التي تبلغ مساحتها 1سم مربع لإنتاج الإيثيلين.
كانوا قادرين على اختبار النظام بشكل مستمر، 24 ساعة في اليوم لمدة سبعة أيام، لم يكن النظام مستقرًا طوال الوقت فحسب، بل احتجز أيضًا الكربون بمعدل 24 جرامًا يوميًا وأنتج الإيثيلين بمعدل 188 ملليجرامًا في اليوم.
وقال سينج: “في رحلة جعل إنتاج الإيثيلين صديقًا للبيئة، يعد هذا اختراقًا محتملاً”، “خطوتنا التالية هي توسيع نطاق نظام التقاط وتحويل الكربون المتكامل لإنتاج الإيثيلين بمعدلات أعلى- بمعدل كيلوجرام واحد في اليوم والتقاط الكربون بمعدل أعلى من كيلوجرام في اليوم
