ابتكر المهندسون في جامعة سينسيناتي طريقة أكثر فعالية لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى منتجات قيمة وفي نفس الوقت معالجة تغير المناخ.

وقد نشرت ورقة الدراسة في مجلة نيتشر كيميكال إنجنيرينغ (Nature Chemical Engineering).

في مختبره للهندسة الكيميائية في كلية الهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة كاليفورنيا، وجد البروفيسور المشارك جينجي وو وفريقه أن محفز النحاس المعدل يعمل على تحسين التحويل الكهروكيميائي لثاني أكسيد الكربون إلى الإيثيلين، المكون الرئيسي في البلاستيك وعدد لا يحصى من الاستخدامات الأخرى.

يُطلق على الإيثيلين لقب “أهم مادة كيميائية في العالم”. ومن المؤكد أنه من بين المواد الكيميائية الأكثر إنتاجًا، ويستخدم في كل شيء بدءًا من المنسوجات وحتى مضادات التجمد وحتى الفينيل.

أنتجت الصناعة الكيميائية 225 مليون طن متري من الإيثيلين في عام 2022.

وأوضح وو أن هذه العملية تبشر بإنتاج الإيثيلين في يوم من الأيام من خلال الطاقة الخضراء بدلًا من الوقود الأحفوري. وله فائدة إضافية تتمثل في إزالة الكربون من الغلاف الجوي.

وقال وو: “إن الإيثيلين هو مادة كيميائية محورية على مستوى العالم، ولكن عملية التكسير بالبخار التقليدية لإنتاجه تنبعث منها كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. ومن خلال استخدام ثاني أكسيد الكربون كمادة خام بدلًا من الاعتماد على الوقود الأحفوري، يمكننا إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون بشكل فعال.

تعاون طلاب وو بما في ذلك المؤلف الرئيسي وخريج جامعة كاليفورنيا زينغيوان لي مع جامعة رايس ومختبر أوك ريدج الوطني ومختبر بروكهافن الوطني وجامعة ستوني بروك وجامعة ولاية أريزونا. حصل لي على جائزة مرموقة لطلاب الدراسات العليا العام الماضي من كلية الهندسة والعلوم التطبيقية.

يؤدي التحويل التحفيزي الكهربائي لثاني أكسيد الكربون إلى إنتاج اثنين من منتجات الكربون الأولية، الإيثيلين والإيثانول. ووجد الباحثون أن استخدام محفز النحاس المعدل ينتج المزيد من الإيثيلين.

وأشار المؤلف الرئيسي لي إلى أن “بحثنا يقدم رؤى أساسية حول الاختلاف بين الإيثيلين والإيثانول أثناء تقليل ثاني أكسيد الكربون الكهروكيميائي ويقترح نهجًا قابلًا للتطبيق لتوجيه الانتقائية نحو الإيثيلين”.

وأضاف وو: “يؤدي هذا إلى زيادة مذهلة بنسبة 50% في انتقائية الإيثيلين، ومن الناحية المثالية فالهدف هو إنتاج منتج واحد بدلًا من إنتاج عدة منتجات.”

وقال لي إن الخطوة التالية هي تحسين العملية لجعلها أكثر جدوى من الناحية التجارية.

يفقد نظام التحويل كفاءته عندما تبدأ المنتجات الثانوية للتفاعل مثل هيدروكسيد البوتاسيوم في التشكل على محفز النحاس.

“يجب تحسين استقرار القطب للنشر التجاري. وقال لي إن تركيزنا التالي هو تعزيز الاستقرار وتوسيع نطاق تشغيله من 1,000 إلى 100,000 ساعة.

وأوضح وو أن هذه التقنيات الجديدة ستساعد في جعل الصناعة الكيميائية أكثر مراعاة للبيئة وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة. وقال وو: “الهدف الشامل هو إزالة الكربون من إنتاج المواد الكيميائية من خلال استخدام الكهرباء المتجددة والمواد الأولية المستدامة. وإن تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى إيثيلين بالكهرباء يمثل خطوة كبيرة في إزالة الكربون من قطاع المواد الكيميائية.”

تمت رعاية الدراسة من قبل مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية حيث يقود مكتب الكفاءة الصناعية وإزالة الكربون الجهود المبذولة لتقليل الوقود الأحفوري وانبعاثات الكربون في الصناعة حيثما أمكن ذلك.

هذه المجموعة البحثية لديها ذكاءها في العمل. إن معرفة وفهم تكنولوجيا العمليات بشكل جيد بما يكفي للوصول إلى حياة عملية مدتها 100,000 ساعة هي فكرة رائعة. هناك مكافأة أخرى في إدارة الأبحاث وهي السعي إلى عملية منتج واحد. وهذا من شأنه أن يبسط العملية إلى حد كبير ويخفض رأس المال المستثمر بشكل كبير.

حتى الآن، يعتمد البحث على الطاقة الكهربائية المتجددة بتكلفة منخفضة وجمع ثاني أكسيد الكربون ونقله إلى المعالج بتكلفة منخفضة وجعل مبيعات الإنتاج في سوق الإيثيلين غير المكلف حقًا.

سوف يتطلب الأمر الكثير من القوة العقلية لتوصيل هذه التقنية إلى النجاح في السوق الاقتصادية.

اقرأ أيضًا لماذا قام عدد من الشركات الأوروبية بإدراج أسهمها في الولايات المتحدة؟

المصدر: أويل برايس