وقود نظيف ومستدام مصنوع من “الهواء” ونفايات البلاستيك.. مفاعلًا يعمل بالطاقة الشمسية

أظهر الباحثون كيف يمكن التقاط ثاني أكسيد الكربون من العمليات الصناعية – أو حتى مباشرة من الهواء – وتحويله إلى وقود نظيف ومستدام باستخدام الطاقة من الشمس فقط.

طور الباحثون، من جامعة كامبريدج، مفاعلًا يعمل بالطاقة الشمسية يحول ثاني أكسيد الكربون ونفايات البلاستيك التي تم التقاطها إلى وقود مستدام ومنتجات كيميائية أخرى ذات قيمة.

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.

على عكس الاختبارات السابقة لتقنية الوقود الشمسي ، أخذ الفريق ثاني أكسيد الكربون من مصادر حقيقية – مثل العادم الصناعي أو الهواء نفسه، تمكن الباحثون من التقاط وتركيز ثاني أكسيد الكربون وتحويله إلى وقود مستدام .

خطوة مهمة أخرى نحو إنتاج الوقود النظيف

على الرغم من الحاجة إلى التحسينات قبل استخدام هذه التقنية على نطاق صناعي ، فإن النتائج الواردة في مجلة جول ، تمثل خطوة مهمة أخرى نحو إنتاج الوقود النظيف لدعم الاقتصاد ، دون الحاجة إلى استخراج النفط والغاز المدمر بيئيًا.

لعدة سنوات ، تعمل مجموعة البروفيسور إروين ريزنر البحثية ، ومقرها قسم الكيمياء في يوسف حميد ، على تطوير وقود كربوني مستدام خالٍ من الصفر مستوحى من عملية التمثيل الضوئي – وهي العملية التي تحول من خلالها النباتات ضوء الشمس إلى طعام – باستخدام أوراق اصطناعية. تحول هذه الأوراق الاصطناعية ثاني أكسيد الكربون والماء إلى وقود باستخدام طاقة الشمس فقط.

حتى الآن ، استخدمت تجاربهم التي تحركها الطاقة الشمسية ثاني أكسيد الكربون النقي والمركّز من أسطوانة ، ولكن لكي تكون التكنولوجيا ذات فائدة عملية ، يجب أن تكون قادرة على التقاط ثاني أكسيد الكربون بنشاط من العمليات الصناعية ، أو مباشرة من الهواء، نظرًا لأن ثاني أكسيد الكربون هو مجرد واحد من العديد من أنواع الجزيئات في الهواء الذي نتنفسه، فإن جعل هذه التكنولوجيا انتقائية بدرجة كافية لتحويل ثاني أكسيد الكربون المخفف للغاية يمثل تحديًا تقنيًا كبيرًا.

قال ريزنر: “نحن لسنا مهتمين فقط بإزالة الكربون، ولكن إزالة التحجر – نحتاج إلى القضاء تمامًا على الوقود الأحفوري من أجل إنشاء اقتصاد دائري حقيقي”، “على المدى المتوسط ​​، يمكن أن تساعد هذه التقنية في تقليل انبعاثات الكربون عن طريق التقاطها من الصناعة وتحويلها إلى شيء مفيد ، ولكن في النهاية ، نحتاج إلى استبعاد الوقود الأحفوري من المعادلة تمامًا والتقاط ثاني أكسيد الكربون من الهواء”.

استوحى الباحثون إلهامهم من احتجاز الكربون وتخزينه (CCS) ، حيث يتم التقاط ثاني أكسيد الكربون ثم ضخه وتخزينه تحت الأرض.

نصنع شيئًا مفيدًا من ثاني أكسيد الكربون بدلاً من دفنه تحت الأرض

قال ريزنر: “إن تقنية احتجاز الكربون وتخزينه هي تقنية شائعة في صناعة الوقود الأحفوري كطريقة لتقليل انبعاثات الكربون مع الاستمرار في التنقيب عن النفط والغاز”، “ولكن إذا كان لدينا، بدلاً من احتجاز الكربون وتخزينه، احتجاز الكربون واستخدامه ، فيمكننا أن نصنع شيئًا مفيدًا من ثاني أكسيد الكربون بدلاً من دفنه تحت الأرض ، مع عواقب غير معروفة على المدى الطويل ، والقضاء على استخدام الوقود الأحفوري”.

قام الباحثون بتكييف تقنيتهم ​​التي تعمل بالطاقة الشمسية بحيث تعمل مع غاز المداخن أو مباشرة من الهواء ، وتحويل ثاني أكسيد الكربون والبلاستيك إلى وقود ومواد كيميائية باستخدام طاقة الشمس فقط.

عن طريق فقاعات الهواء عبر النظام الذي يحتوي على محلول قلوي ، يتم احتجاز ثاني أكسيد الكربون بشكل انتقائي ، وتنفجر الغازات الأخرى الموجودة في الهواء، مثل النيتروجين والأكسجين ، بشكل غير ضار. تسمح عملية الفقاعات هذه للباحثين بتركيز ثاني أكسيد الكربون من الهواء في المحلول ، مما يسهل العمل معه.

يحتوي النظام المتكامل على كاثود ضوئي وأنود. يحتوي النظام على جزأين: على جانب واحد يتم التقاط محلول ثاني أكسيد الكربون الذي يتم تحويله إلى غاز تخليقي ، وهو وقود بسيط. على الجانب الآخر ، يتم تحويل البلاستيك إلى مواد كيميائية مفيدة باستخدام ضوء الشمس فقط.

قال المؤلف المشارك الأول الدكتور موتيار رحمان: “إن المكون البلاستيكي خدعة مهمة لهذا النظام”. “إن التقاط واستخدام ثاني أكسيد الكربون من الهواء يجعل الكيمياء أكثر صعوبة. ولكن إذا أضفنا النفايات البلاستيكية إلى النظام ، فإن البلاستيك يتبرع بالإلكترونات إلى ثاني أكسيد الكربون . ويتحلل البلاستيك إلى حمض الجليكوليك ، الذي يستخدم على نطاق واسع في مستحضرات التجميل الصناعة ، ويتم تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى غاز تخليقي ، وهو وقود بسيط. ”

قال المؤلف الأول المشارك الدكتور سايان كار: “يأخذ هذا النظام الذي يعمل بالطاقة الشمسية منتجين ضارين من النفايات – البلاستيك وانبعاثات الكربون – ويحولهما إلى شيء مفيد حقًا”.

قطع صناعة الوقود الأحفوري عن عملية إنتاج الوقود

قال رحمان: “بدلاً من تخزين ثاني أكسيد الكربون تحت الأرض، كما هو الحال في احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه، يمكننا التقاطه من الهواء وإنتاج وقود نظيف منه”،”بهذه الطريقة ، يمكننا قطع صناعة الوقود الأحفوري عن عملية إنتاج الوقود ، والتي نأمل أن تساعدنا في تجنب تدمير المناخ “.

قال كار : “حقيقة أننا نستطيع أن نأخذ بشكل فعال ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ونصنع منه شيئًا مفيدًا هي حقيقة خاصة”، “إنه لمن دواعي الارتياح أن نرى أنه يمكننا فعل ذلك باستخدام ضوء الشمس فقط.”

يعمل العلماء حاليًا على جهاز عرضي على مقاعد البدلاء مع تحسين الكفاءة والتطبيق العملي لتسليط الضوء على فوائد اقتران التقاط الهواء المباشر باستخدام ثاني أكسيد الكربون كمسار لمستقبل خالٍ من الكربون.