استخدام روث الأبقار في ابتكار مواد نانوية لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون

يُعد تغير المناخ أحد أبرز التحديات العالمية في الوقت الحالي، ويُعزى بشكل رئيسي إلى ارتفاع تركيز ثاني أكسيد الكربون (CO2) في الغلاف الجوي، الناتج عن حرق الوقود الأحفوري في الطاقة والنقل والصناعة، ما يساهم في الاحتباس الحراري.

تقنيات احتجاز الكربون

تسعى برامج الاحتجاز والاستخدام والتخزين الكربوني (CCUS) إلى منع انبعاث CO2 إلى الغلاف الجوي.

تعتمد هذه البرامج على طرق مثل الامتصاص الكيميائي بالسوائل، الفصل بالغشاء، والامتصاص السطحي باستخدام المواد الصلبة.

في الامتصاص السطحي، تلتصق جزيئات CO2 على سطح مادة ما، مثل طريقة عمل فلاتر الفحم لتنقية الهواء من الملوثات.

لكن المواد التقليدية تواجه تحديات عدة، منها استهلاك الطاقة العالي، والتكلفة المرتفعة، وتعقيد عملية التحضير، إلى جانب المخاطر البيئية.

روث الأبقار كمورد مستدام

اقترح باحثون من المعهد الهندي للتكنولوجيا غانديناغار (IITGN) استخدام روث الأبقار لإنتاج مواد كربونية مسامية منخفضة التكلفة ومستدامة وفعّالة لاحتجاز CO2، كما نُشرت نتائجهم في مجلة Surfaces and Interfaces .

يُعد روث الأبقار مادة متجددة ومتوافرة بكميات كبيرة يوميًا في الهند، حيث يُستخدم تقليديًا كسماد ووقود للطهي.
في هذه الدراسة، تحول إلى مادة أولية لإنتاج مواد متقدمة لأغراض معالجة البيئة.

تطوير الكربون المسامي المدمج بالنيتروجين

قال رانجيت كومار، المؤلف الرئيسي وطالب دكتوراه في قسم الهندسة الكيميائية: “صممنا مادة NDPC المدمجة بالنيتروجين لاحتجاز CO2، عبر خلط روث الأبقار مع الميلامين (كمصدر للنيتروجين) وبيكربونات البوتاسيوم كعامل تنشيط أخضر فعال.”

أوضح سري هارش باردواج، الباحث المشارك، أن الخليط خضع لعملية التحلل الحراري (pyrolysis) في فرن خالٍ من الأكسجين لإنتاج NDPC بكفاءة عالية، ويعمل النيتروجين المدمج على تعزيز قدرة المادة على جذب CO2.

الأداء والمساحة السطحية

اختبر الباحثون نسب مختلفة من روث الأبقار والميلامين، وكانت أفضل مادة NDPC-1 تحتوي على 2.95% نيتروجين ومساحة سطحية ضخمة بلغت 1,153 مترًا مربعًا لكل جرام، أي تعادل عدة ملاعب تنس.

أظهرت المادة قدرة احتجاز CO2 أعلى بنسبة 58% مقارنة بالكربون الخام، كما حافظت على أدائها بعد 10 دورات امتصاص وإطلاق للغاز.

فهم آلية العمل عبر المحاكاة

استخدم الفريق محاكاة جزيئية متقدمة وGrand Canonical Monte Carlo لتوضيح العلاقة بين بنية المادة وقدرتها على امتصاص CO2، ما أتاح فهمًا عميقًا للوظائف النيتروجينية وبنية المسام وتحسين أداء المواد المسامية.

الفوائد المناخية والتطبيق العملي

تُعد NDPC-1 مادة واعدة لالتقاط CO2 بفعالية، ما يساهم في خفض البصمة الكربونية للصناعات عند دمجها مع الطاقة المتجددة، وتعزز الاقتصاد الدائري عبر تحويل النفايات إلى منتجات قيمة.

الميزة الإضافية هي سهولة التحضير في خطوة واحدة، انخفاض تكلفة المعالجة، قدرة جيدة على الامتصاص عند درجات حرارة منخفضة (30° C) واستقرار عالي لإعادة الاستخدام.

كما تقلل العملية من نفايات المياه وتستخدم عوامل تنشيط خفيفة، ما يجعلها مستدامة بيئيًا.

تتماشى هذه الدراسة مع هدف التنمية المستدامة 13 للأمم المتحدة (العمل المناخي) وخطة الهند الوطنية لتحقيق صافي صفر انبعاثات بحلول 2070.