تقدم دراسة أجرتها جامعة نورث وسترن محفزًا فعالاً من حيث التكلفة مصنوعًا من الموليبدينوم وسكر المائدة الذي يحول ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون، مما يوفر طريقة محتملة لتحويل الكربون المحتجز إلى منتجات مفيدة مثل سلائف الوقود.
قد يوفر المحفز الجديد حلاً محتملاً لتسخير الكربون المحتجز.
محفز جديد مصنوع من معدن رخيص وفير وسكر المائدة الشائع لديه القدرة على تدمير ثاني أكسيد الكربون (CO).2) غاز.
وفي دراسة جديدة أجرتها جامعة نورث وسترن، نجح المحفز في تحويل ثاني أكسيد الكربون2 يعد أول أكسيد الكربون (CO) لبنة بناء مهمة لإنتاج العديد من المواد الكيميائية المفيدة. عندما يحدث التفاعل في وجود الهيدروجين، على سبيل المثال، CO2 ويتحول الهيدروجين إلى غاز اصطناعي (أو غاز صناعي)، وهو مادة أولية ذات قيمة كبيرة لإنتاج الوقود القابل للاستبدال بالبنزين.
ومع التقدم الأخير في تقنيات احتجاز الكربون، أصبح احتجاز الكربون بعد الاحتراق خيارًا قابلاً للتطبيق للمساعدة في معالجة أزمة تغير المناخ العالمية. ولكن كيفية التعامل مع الكربون المحتجز يظل سؤالاً مفتوحًا. ومن الممكن أن يوفر المحفز الجديد حلاً للتخلص من الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي عن طريق تحويلها إلى سلعة أكثر قيمة.
وستنشر الدراسة في عدد 3 مايو من المجلة علوم.
“حتى لو توقفنا عن انبعاث ثاني أكسيد الكربون2 والآن، سيظل هناك فائض من ثاني أكسيد الكربون في غلافنا الجوي2 وقال ميلاد كوشوي من جامعة نورثويست، الذي قاد الدراسة، “نتيجة للأنشطة الصناعية في القرون الماضية”. “لا يوجد حل واحد لهذه المشكلة. نحن بحاجة إلى تقليل ثاني أكسيد الكربون2 الانبعاثات و ابحث عن طرق جديدة لتقليل ثاني أكسيد الكربون2 التركيز موجود بالفعل في الغلاف الجوي. يجب أن نستفيد من كل الحلول الممكنة”.
يوضح هذا المخطط العملية الكاملة لإنشاء محفز وتحويل ثاني أكسيد الكربون. ائتمان: ميلاد خوشوعي
“نحن لسنا المجموعة البحثية الأولى التي تحل محل ثاني أكسيد الكربون2 وفي منتج آخر”، قال كبير مؤلفي الدراسة، عمر ك. قالت فرحة. “ومع ذلك، لكي تكون العملية عملية حقًا، فإنها تتطلب محفزًا يلبي العديد من المعايير المهمة: القدرة على تحمل التكاليف، والاستقرار، وسهولة الإنتاج، وقابلية التوسع. يعد تحقيق التوازن بين هذه العناصر الأربعة أمرًا أساسيًا. ولحسن الحظ، تتفوق مادتنا في تلبية هذه المتطلبات.
فرحة تشارلز إي، خبيرة في تقنيات احتجاز الكربون. و إيما ه. موريسون هو أستاذ الكيمياء في كلية واينبرغ للفنون والعلوم في نورث وسترن. بعد بدء هذا العمل بدرجة دكتوراه. تقدم كوشوي بطلب إلى جامعة كالغاري في كندا، وهو الآن زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر فرحة.
حلول من المخزن
السر وراء المحفز الجديد هو كربيد الموليبدينوم، وهي مادة خزفية صلبة للغاية. على عكس العديد من المحفزات التي تتطلب معادن باهظة الثمن مثل البلاتين أو البلاديوم، فإن الموليبدينوم معدن باهظ الثمن وثمين ومتوفر بكثرة في الأرض.
لتحويل الموليبدينوم إلى كربيد الموليبدينوم، احتاج العلماء إلى مصدر للكربون. لقد وجدوا خيارًا أرخص في مكان غير متوقع: مخزن المؤن. من المثير للدهشة أن السكر – النوع الأبيض المحبب الموجود في كل أسرة تقريبًا – كان بمثابة مصدر رخيص ومريح لذرات الكربون.
وقال كوشوي: “في كل يوم كنت أحاول تصنيع هذه المكونات، كنت أحضر السكر من منزلي إلى المختبر”. “بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من المواد المستخدمة عادة في المحفزات، فإن منتجاتنا رخيصة بشكل لا يصدق.”
تم اختياره بنجاح ومستقر
عند اختبار المحفز، انبهرت فرحة وكوشوي ومعاونوهم بنجاحه. يعمل تحت الضغط المحيط ودرجات الحرارة المرتفعة (300-600 درجة). درجة مئوية) ، حل المحفز محل ثاني أكسيد الكربون2 مثل ثاني أكسيد الكربون مع انتقائية 100٪.
تعني الانتقائية العالية أن المحفز يعمل فقط في ثاني أكسيد الكربون2 دون إزعاج الأشياء المحيطة. بمعنى آخر، يمكن للصناعة استخدام المحفز لكميات كبيرة من الغازات المحتجزة واستهداف ثاني أكسيد الكربون بشكل انتقائي فقط.2. وكان المحفز أيضًا مستقرًا بمرور الوقت، مما يعني أنه ظل نشطًا ولم يتحلل.
وقال فرحة: “في الكيمياء، ليس من غير المألوف أن يفقد المحفز انتقائيته بعد بضع ساعات”. “ولكن بعد 500 ساعة في الظروف القاسية، لم يتغير اختياره.”
وهذا مهم بشكل خاص لأن CO2 جزيء مستقر وعنيد.
“يستبدل CO2 قال كوشوي: “الأمر ليس سهلاً”.2 إنه جزيء مستقر كيميائيًا، وكان علينا التغلب على هذا الاستقرار، الأمر الذي يتطلب الكثير من الطاقة.
نهج متكامل لتنظيف الكربون
يعد تطوير المواد اللازمة لاحتجاز الكربون محورًا رئيسيًا لمختبر فرحة. تقوم مجموعته بتطوير الأطر المعدنية العضوية (الأطر العضوية المعدنية)، وهي فئة من المواد المجهرية للغاية ذات الحجم النانوي والتي تشبهها فرحة بـ “إسفنجات الاستحمام المتطورة والقابلة للبرمجة”. تقوم فرحة بدراسة الأطر العضوية المعدنية لتطبيقات مختلفة، بما في ذلك التخلص من ثاني أكسيد الكربون2 مباشرة من الجو.
الآن، يقول فرحة، يمكن للأطر العضوية المعدنية والمحفز الجديد العمل معًا للعب دور في احتجاز الكربون وعزله.
واقترح فرحة: “في مرحلة ما، يمكن استخدام الأطر العضوية المعدنية لالتقاط ثاني أكسيد الكربون، يليها محفز لتحويله إلى شيء أكثر فائدة”. “إن النظام المتكامل الذي يستخدم مادتين متميزتين لخطوتين متتاليتين هو الطريق إلى الأمام.”
“سيساعدنا هذا في الإجابة على السؤال التالي: ما العمل مع ثاني أكسيد الكربون المحتجز؟2“” أضاف كوشوي. “الآن، الخطة هي نشرها تحت الأرض. لكن الخزانات تحت الأرض يجب أن تلبي العديد من المتطلبات لتخزين ثاني أكسيد الكربون بشكل آمن ودائم.2. نريد تصميم حل عالمي يمكن استخدامه في أي مكان مع إضافة قيمة اقتصادية.
المرجع: ميلات أحمدي خوشوي، زيجون وانغ، جيراردو فيتالي، فيليب فورماليك، كينت أو. كيرليكوفالي، راندال ك. شنور-، “محفز كربيد الموليبدينوم المكعب النشط والمستقر لتفاعل التحول العكسي للماء والغاز في درجة الحرارة العالية” ألماو وعمر ك. فرحة، 2 مايو 2024، علوم.
دوى: 10.1126/science.adl1260
تم دعم البحث من قبل وزارة الطاقة الأمريكية، والمؤسسة الوطنية للعلوم، ومجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا.
