يجري البحث في جميع أنحاء العالم لإيجاد طرق لاستخراج ثاني أكسيد الكربون من الهواء أو من عوادم محطات توليد الطاقة. ومن ثم تحويله إلى شيء مفيد. إحدى الأفكار الواعدة هي تحويله إلى وقود مستقر يمكن أن يحل محل الوقود الأحفوري في بعض التطبيقات لكن معظم عمليات التحويل هذه واجهت مشاكل تتعلق بانخفاض كفاءة الكربون. أو أنها تنتج وقودًا قد يكون من الصعب التعامل معه، أو سامًا، أو قابلاً للاشتعال.
تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى فورمات
الآن طور الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد عملية فعالة يمكنها تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى فورمات. وهي مادة سائلة أو صلبة يمكن استخدامها مثل الهيدروجين أو الميثانول لتشغيل خلية الوقود وتوليد الكهرباء. فورمات البوتاسيوم أو الصوديوم، التي يتم إنتاجها بالفعل على نطاقات صناعية وتستخدم عادة كمزيل للجليد للطرق والأرصفة. غير سامة وغير قابلة للاشتعال وسهلة التخزين والنقل، كما يمكن أن تظل مستقرة في الخزانات الفولاذية العادية لاستخدامها أشهر أو حتى سنوات بعد إنتاجه.
العملية الجديدة. التي طورها طلاب الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، تشن تشانغ، وزيشو رين، وألكسندر إتش كوين؛ طالب الدكتوراه بجامعة هارفارد داوي شي؛ وأستاذ معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا جو لي، تم وصفه هذا الأسبوع في ورقة بحثية مفتوحة الوصول في مجلة Cell Reports Physical Science
اقرأ أيضا:
طاقة بدون انبعاثات
يشرح لي أن الطرق الأخرى لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود عادة ما تتضمن عملية من مرحلتين: أولاً يتم احتجاز الغاز كيميائيًا وتحويله إلى شكل صلب مثل كربونات الكالسيوم، ثم يتم تسخين هذه المادة لاحقًا لطرد ثاني أكسيد الكربون وتحويله. إلى مادة خام للوقود مثل أول أكسيد الكربون. ويقول لي إن الخطوة الثانية تتسم بكفاءة منخفضة للغاية. حيث تقوم عادة بتحويل أقل من 20% من ثاني أكسيد الكربون الغازي إلى المنتج المطلوب.
بيكربونات المعدن السائل
على النقيض من ذلك. تحقق العملية الجديدة تحويلًا يزيد عن 90 بالمائة وتلغي الحاجة إلى خطوة التسخين غير الفعالة عن طريق تحويل ثاني أكسيد الكربون أولاً إلى شكل وسيط. وهو بيكربونات المعدن السائل.
يتم بعد ذلك تحويل هذا السائل كهروكيميائيًا إلى فورمات البوتاسيوم أو الصوديوم السائل في محلل كهربي يستخدم كهرباء منخفضة الكربون.
على سبيل المثال، الطاقة النووية أو طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية. يقول لي إنه يمكن بعد ذلك تجفيف محلول فورمات البوتاسيوم أو الصوديوم السائل عالي التركيز الناتج. على سبيل المثال عن طريق التبخر الشمسي، لإنتاج مسحوق صلب عالي الثبات. ويمكن تخزينه في خزانات فولاذية عادية لمدة تصل إلى سنوات أو حتى عقود.
العلوم والهندسة النووية، وعلوم وهندسة المواد، إن العديد من خطوات التحسين التي طورها الفريق أحدثت فرقًا كبيرًا في تغيير عملية تحويل كيميائية غير فعالة إلى حل عملي.
تتضمن عملية احتجاز الكربون وتحويله أولاً احتجازًا قائمًا على محلول قلوي يعمل على تركيز ثاني أكسيد الكربون، إما من تيارات مركزة مثل انبعاثات محطات الطاقة أو من مصادر منخفضة التركيز للغاية. حتى الهواء الطلق. إلى شكل معدن سائل. محلول البيكربونات.
بعد ذلك. ومن خلال استخدام المحلل الكهربائي يتم تحويل هذا البيكربونات كيميائيًا إلى بلورات فورمات صلبة بكفاءة كربونية تزيد عن 96 بالمائة. كما تم تأكيد ذلك في تجارب الفريق على المستوى المعملي.
اقرأ أيضا:
صلاحية لا محدودة
وبالمقارنة. فحتى أفضل صهاريج تخزين الهيدروجين العملية المتاحة تسمح للغاز بالتسرب بمعدل حوالي 1% يوميًا. مما يحول دون أي استخدامات قد تتطلب تخزينًا لمدة عام.
كما يقول لي. الميثانول، وهو بديل آخر تم استكشافه على نطاق واسع لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود يمكن استخدامه في خلايا الوقود. هو مادة سامة لا يمكن تكييفها بسهولة لاستخدامها في المواقف التي قد يشكل فيها التسرب خطرا على الصحة.
ومن ناحية أخرى. يستخدم الفورمات على نطاق واسع ويعتبر حميدا، وفقا لمعايير السلامة.