كتابة: ليزا زيقا.
ترجمة: نورة النزهة.
مراجعة: عبدالحميد شكري.
أثبت الباحثون وللمرة الأولى إمكانية تحويل غاز ثاني أكسيد الكربون الملتقط من الهواء مباشرةً إلى وقود الميثانول (CH3OH) وذلك باستخدام محفزٍ متجانسٍ. وتظهر الفائدة على شقين: إزالة ثاني أكسيد الكربون الضار من الغلاف الجوي، والاستفادة من الميثانول كوقودٍ بديلٍ عن الجازولين. ويمثل هذا العمل خطوةً هامةً تأخذنا نحو مستقبلِ “اقتصاد الميثانول”، حيث يعتمد تخزين الوقود والطاقة بصورةٍ أساسيةٍ على الميثانول.
كانت الدراسة بقيادة بروفيسور الكيمياء من جامعة جنوب كاليفورنيا سيريا براكاش إلى جانب الحائز على جائزة نوبل والبروفيسور في جامعة جنوب كاليفورنيا جورج أولاه. حيث نشر الباحثون ورقتهم عن عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ميثانول في إصدارٍ حديثٍ لدورية الجمعية الكيميائية الأمريكية. ويقول براكاش مخبراً موقع فيز: “لم يسبق تحقيق التقاط وتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ميثانول باستخدام جزيئات الهيدروجين في الوعاء نفسه من قبل. ولكننا تمكنا اليوم من تحقيق ذلك!”.
كان الكيميائيون على مدى الأعوام العديدة الماضية يبحثون عن طرقٍ مختلفةٍ لإعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون إلى منتجاتٍ مفيدةٍ. على سبيل المثال، يمكن لمعالجة ثاني أكسيد الكربون (CO2) مع غاز الهيدروجين (H2) أن تُنتج الميثانول، الميثان (CH4)، أو حمض الفورميك HCOOH)) . إلا أنه من بين هذه النواتج، فإن للميثانول جاذبيةٌ خاصةٌ لاستخداماتِه كوقودٍ بديلٍ، في خلايا الوقود، ولتخزين الهيدروجين.
تُنتج مصانع الكيماويات اليوم أكثر من 70 مليون طنٍ من الميثانول سنوياً باعتباره وحدة بناءٍ أساسيةٍ لصناعة العديد من المركبات، بما في ذلك اثنين من أكثر المركبات العضوية إنتاجاً، الإثيلين والبروبيلين، والمستخدمَين في صناعة البلاستيك وغيرها من المنتجات.
يُعد إيجاد محفزٍ متجانسٍ جيدٍ عاملاً أساسياً في عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ميثانول، وذلك لكونه أساسياً في زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية لإنتاج الميثانول بمعدلٍ سريعٍ. لكن مشكلة تلك التفاعلات أنها تتطلب درجات حرارةٍ عاليةٍ (حوالي 150 درجةً مئويةً)، ولسوء الحظ فإن الحرارة تتسبب في تحلل المحفزات.
طور الباحثون في دراسةٍ جديدةٍ محفزاً أكثر استقراراً بالاعتماد على فلز الروثينيوم (Ru) الذي لا يتحلل عند درجات الحرارة العالية. كما يسمح الاستقرار الجيد لهذا العامل المحفز بإعادة استخدامه مراتِ عديدةِ لعملية الإنتاج المستمرة للميثانول.
يقول براكاش: “إن تطوير محفزاتٍ متجانسةٍ ومستقرةٍ لاختزال ثاني أكسيد الكربون إلى الميثانول كان تحدياً كبيراً”. وأضاف: “إن معظم المحفزات تتوقف عند مرحلة حمض الفورميك. إضافةً إلى ذلك، كنا بحاجةٍ لمحفزٍ باستطاعته اختزال الكاربامات أو بيكربونات ألكيل الأمونيوم مباشرةً إلى الميثانول. حيث أمكننا تحقيق ذلك على حدٍ سواء بالمحفز الذي توصلنا إليه”.
أظهر الباحثون أنه يمكن تحويل حتى 79% من ثاني أكسيد الكربون الملتقط من الهواء إلى ميثانول باستخدام المحفز الجديد إلى جانب بعض المركبات البسيطة المضافة. حيث يكون الميثانول بدايةً ممتزجاً بالماء، لكن يمكن فصله بسهولةٍ بعملية التقطير.
بالنظر لهذا العمل من نطاقٍ أوسع، يأمل الباحثون أن يساهم ذلك في اقتصاد الميثانول. إذ تتضمن الخطة تطوير “دورة الكربون بشرية المنشأ” حيث يُعاد استخدام الكربون ليدعم دورة الكربون الطبيعية. فالكربون يتم تداوله في الطبيعة بشكلٍ مستمرٍ، أي يُعاد تدويره، ويُعاد استخدامه بين الغلاف الجوي، المحيطات، والكائنات الحية. إلا أن الطبيعة لا يمكنها إعادة تدوير الكربون الناتج عن الوقود الأحفوري بأسرع مما يحرقه البشر. إذ بإمكان البشر مواجهة بعضاً من ثاني أكسيد الكربون الذي نطلقه من خلال تحويل جزءٍ من الكربون مرةً أخرى إلى مصدر طاقةٍ كالميثانول.
يمكن الاطلاع على معلوماتٍ أكثر حول دورة الكربون بشرية المنشأ من خلال وجهة النظر العلمية هذه لأولاه، براكاش، وآلان جيوبرت. ويخطط الباحثون للتقليل من درجة حرارة عمل المحفز وتحسين كفاءته كخطوةٍ قادمةٍ. ويقول براكاش: “سنُكمل الدراسات من أجل تطوير محفزاتٍ أكثر قوةً يمكنها العمل عند درجات حرارة من قرابة 100 إلى 120 درجةً مئويةً”. وأضاف: “نود أن نجري التجارب الكيميائية بطرقٍ تحضيريةٍ أكثر فائدةً، حيث لا يكون هنالك مذيباتٍ أو كواشف مهدرةٍ”.
المصدر: (phys.org)
الميثانول (methanol)
ليزا زيقا (Lisa Zyga)
جامعة جنوب كاليفورنيا (University of Southern California)
سيريا براكاش (G. K. Surya Prakash)
جورج أولاه (George A. Olah)
عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ميثانول (CO2 -to-methanol conversion process)
الدورية الجمعية الكيميائية الأمريكية (Journal of the American Chemical Society)
موقع فيز (Phys.org)
الميثان (methane)
حمض الفورميك (formic acid)
الإثيلين (ethylene)
البروبيلين (propylene)
الروثينيوم (ruthenium)
الكاربامات (carbamates)
بيكربونات ألكيل الأمونيوم (alkylammonium bicarbonates)
آلان جيوبرت (Alain Goeppert)
- أبرز الأحداث العلمية لعام 2021 - 09/01/2022
- التطبيقات المتنوعة لتقنية الحوسبة السحابية - 14/12/2021
- تعريف الحوسبة السحابية وتأثيرها على عالم الأعمال - 30/08/2021