تطوير نظام يعمل بالطاقة الشمسية يحول نفايات البلاستيك وغازات الاحتباس الحراري إلى وقود نظيف مستدام

طور الباحثون نظامًا يمكنه تحويل النفايات البلاستيكية وغازات الاحتباس الحراري إلى وقود مستدام ومنتجات أخرى ذات قيمة وللمرة الأولى يتم فيها تحقيق ذلك في مفاعل يعمل بالطاقة الشمسية، حيث يمكنه تحويل مجاري نفايات إلى منتجين كيميائيين في نفس الوقت.

يقوم المفاعل بتحويل ثاني أكسيد الكربون (CO 2 ) والبلاستيك إلى منتجات مختلفة مفيدة في مجموعة من الصناعات، في الاختبارات، تم تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى غاز تخليقي، وهو لبنة أساسية للوقود السائل المستدام، وتم تحويل الزجاجات البلاستيكية إلى حمض الجليكوليك، والذي يستخدم على نطاق واسع في صناعة مستحضرات التجميل، يمكن ضبط النظام بسهولة لإنتاج منتجات مختلفة عن طريق تغيير نوع المحفز المستخدم في المفاعل.

يعد تحويل المواد البلاستيكية وغازات الاحتباس الحراري- وهما من أكبر التهديدات التي تواجه العالم الطبيعي- إلى منتجات مفيدة وقيمة باستخدام الطاقة الشمسية خطوة مهمة في الانتقال إلى اقتصاد دائري أكثر استدامة.

تم نشر النتائج التي طورها الباحثين في جامعة كامبريدج بمجلة Nature Synthesis، وقال البروفيسور إروين ريزنر من قسم الكيمياء يوسف حميد، كبير مؤلفي الورقة البحثية: “إن تحويل النفايات إلى شيء مفيد باستخدام الطاقة الشمسية هو هدف رئيسي لأبحاثنا”، “التلوث البلاستيكي مشكلة كبيرة في جميع أنحاء العالم، وغالبًا ما يتم حرق العديد من المواد البلاستيكية التي نرميها في صناديق إعادة التدوير أو ينتهي بها الأمر في مكب النفايات.”

يقود ريزنر أيضًا مركز كامبريدج الدائري للبلاستيك (CirPlas) ، والذي يهدف إلى التخلص من النفايات البلاستيكية من خلال الجمع بين التفكير السماوي والتدابير العملية.

تبشر تقنيات “إعادة التدوير” الأخرى التي تعمل بالطاقة الشمسية بمعالجة التلوث البلاستيكي وتقليل كمية غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي ، ولكن حتى الآن ، لم يتم دمجها في عملية واحدة.

تغيير قواعد اللعبة  

قال سوبهاجيت باتاتشارجي ، المؤلف الأول المشارك في الورقة البحثية: “إن التكنولوجيا التي تعمل بالطاقة الشمسية والتي يمكن أن تساعد في معالجة التلوث البلاستيكي وغازات الاحتباس الحراري في نفس الوقت يمكن أن تغير قواعد اللعبة في تطوير اقتصاد دائري”.

قال المؤلف المشارك الأول الدكتور موتيار رحمن: “نحتاج أيضًا إلى شيء يمكن ضبطه، بحيث يمكنك بسهولة إجراء التغييرات اعتمادًا على المنتج النهائي الذي تريده”.

طور الباحثون مفاعلًا متكاملًا من جزأين منفصلين: أحدهما للبلاستيك والآخر لغازات الاحتباس الحراري. يستخدم المفاعل ماصًا للضوء يعتمد على البيروفسكايت – وهو بديل واعد للسيليكون من أجل الجيل التالي من الخلايا الشمسية.

صمم الفريق محفزات مختلفة تم دمجها في ممتص الضوء. عن طريق تغيير المحفز ، يمكن للباحثين بعد ذلك تغيير المنتج النهائي. أظهرت اختبارات المفاعل تحت ظروف درجة الحرارة والضغط العادية أن المفاعل يمكنه تحويل الزجاجات البلاستيكية PET و CO 2 بكفاءة إلى أنواع مختلفة من الوقود القائم على الكربون مثل CO أو syngas أو formate ، بالإضافة إلى حمض الجليكوليك. أنتج المفاعل الذي طورته كامبريدج هذه المنتجات بمعدل أعلى أيضًا من عمليات تقليل ثاني أكسيد الكربون التحفيزية التقليدية.

قدرًا كبيرًا من الطاقة

قال رحمن: “بشكل عام ، يتطلب تحويل ثاني أكسيد الكربون قدرًا كبيرًا من الطاقة ، ولكن مع نظامنا ، فأنت تقوم ببساطة بتسليط الضوء عليه ، ويبدأ في تحويل المنتجات الضارة إلى شيء مفيد ومستدام”، “قبل هذا النظام ، لم يكن لدينا أي شيء يمكن أن يصنع منتجات عالية القيمة بشكل انتقائي وفعال.”

قال بهاتاشارجي”ما يميز هذا النظام هو التنوع وقابلية الضبط – فنحن نصنع جزيئات بسيطة إلى حد ما قائمة على الكربون في الوقت الحالي ، ولكن في المستقبل ، يمكننا ضبط النظام لإنتاج منتجات أكثر تعقيدًا ، فقط عن طريق تغيير المحفز.

على مدى السنوات الخمس المقبلة ، يأمل الباحثون في تطوير المفاعل بشكل أكبر لإنتاج جزيئات أكثر تعقيدًا. يقول الباحثون إنه يمكن استخدام تقنيات مماثلة يومًا ما لتطوير محطة إعادة تدوير تعمل بالطاقة الشمسية بالكامل.

قال ريزنر: “إن تطوير اقتصاد دائري ، حيث نصنع أشياء مفيدة من النفايات بدلاً من رميها في مكب النفايات ، أمر حيوي إذا أردنا معالجة أزمة المناخ بشكل هادف وحماية العالم الطبيعي “، “وتشغيل هذه الحلول باستخدام الشمس يعني أننا نقوم بذلك بشكل نظيف ومستدام”.