قام باحثون من جامعة طوكيو للعلوم بتطوير قطب كهربائي جديد من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) معالج بالبلازما السائلة مزين بجسيمات فضية نانوية لتسهيل تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى منتجات مفيدة، مثل الغاز الاصطناعي، وهو بديل نظيف للوقود الأحفوري.

تم نشر البحث في مجلة ساينس أوف ذا توتال إنفيرونمينت (Science of the Total Environment).

يمكن تقليل ثاني أكسيد الكربون بالتحفيز الكهربائي إلى موارد مفيدة باستخدام المحفزات التقليدية مثل الذهب أو الرصاص المدعومة بالكربون الموصل. ومع ذلك، فإن بيئة الرقم الهيدروجيني المرتفعة بالقرب من الأقطاب الكهربائية غالبًا ما تؤدي إلى تدهور دعم المحفز، مما يجعلها غير فعالة.

يعتبر تحويل ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي (CO2) إلى موارد مفيدة مثل أول أكسيد الكربون وحمض الفورميك والميثانول ومشتقاتها طريقًا واعدًا لتوليد قيمة اقتصادية.

إحدى طرق تحويل ثاني أكسيد الكربون هي من خلال التخفيض بالتحفيز الكهربائي. تستخدم هذه العملية المحفزات التقليدية، مثل الرصاص والفضة والقصدير والنحاس والذهب وما إلى ذلك، المدعومة بالكربون الموصل كمواد قطب كهربائي لتقليل ثاني أكسيد الكربون بشكل انتقائي. ومع ذلك، غالبًا ما يتعرض القطب الكهربي لبيئة ذات درجة حموضة عالية للمحلول الكهربي أثناء التحفيز الكهربي، الأمر الذي يمكن أن يؤدي إلى تدهور دعم المحفز ويسبب قلقًا كبيرًا.

ولمواجهة هذا التحدي، قام فريق من الباحثين، بقيادة السيد كاي تاكاجي والبروفيسور شياكي تيراشيما من كلية الدراسات العليا للعلوم والتكنولوجيا ومعهد أبحاث العلوم والتكنولوجيا بجامعة طوكيو للعلوم (TUS) في اليابان، مؤخرًا بتطوير طريقة دعم محفز يعتمد على مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2)، وهو مركب شائع الاستخدام في مستحضرات الوقاية من الشمس والدهانات والطلاءات ومعجون الأسنان والبلاستيك والورق والأدوية وتلوين الطعام، كبديل للكربون لتسهيل التخفيض الفعال لثاني أكسيد الكربون.

أجرى الباحثون أولاً معالجة سطحية باستخدام بلازما سائلة آمنة وغير مكلفة لتحسين الخواص الكهروكيميائية لثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2).

وأشار البروفيسور تيراشيما إلى أن “ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) المعالج بالبلازما السائلة حافظ على شكله الجزيئي وبنيته البلورية. بالإضافة إلى ذلك، كشف تحليل العناصر وتقييم حالة الترابط البيني والخصائص الكهروكيميائية لثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) أن قمم الأكسدة والاختزال المقابلة لـ (+Ti4) و(+Ti3) المستمدة من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) قد اختفت وانخفض الجهد الزائد للهيدروجين.

قادت هذه الملاحظات الفريق إلى استنتاج أن طلاء التنغستن أو المنشطات قد حدث في بعض أجزاء سطح ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) المخفض.

استخدم الباحثون بعد ذلك ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) كحامل وحمّلوه بجزيئات الفضة النانوية (AgNPs)، التي تعمل كمحفزات، لتطوير قطب كهربائي لنشر الغاز لتقليل ثاني أكسيد الكربون. في حين أظهر ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) غير المعالج انتقائية عالية لثاني أكسيد الكربون وأسود الكربون، أظهر ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) المعالج بالبلازما السائلة مع تحميل جزيئات الفضة النانوية لتمثل 40% من الوزن زيادة في إنتاج الهيدروجين وتحسين الأداء الحفاز.

وبالنظر إلى أن النسبة المناسبة من الهيدروجين إلى أول أكسيد الكربون مهمة لخفض ثاني أكسيد الكربون بشكل فعال، فإن التكنولوجيا المقدمة لديها بالتالي إمكانات هائلة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى منتجات ثانوية مفيدة، مثل الغاز الاصطناعي، الذي يعتبر وقودًا نظيفًا ذو قيمة صناعية عالية جدًا.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن دمج التخفيض التحفيزي الكهربائي لثاني أكسيد الكربون مع مصادر الطاقة المتجددة – مثل الألواح الشمسية أو طاقة الرياح – لتحويل ثاني أكسيد الكربون بشكل مستدام وصديق للبيئة. ولذلك، يعد هذا العمل خطوة مهمة نحو المعالجة الفعالة لانبعاثات غازات الدفيئة ومكافحة تغير المناخ.

واختتم البروفيسور تيراشيما بقوله: “نأمل أن تعمل هذه الدراسة على تعزيز البحث حول تقنيات حيادية الكربون وإعادة تدوير الكربون، بما يتماشى مع أهداف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة 7 و12 و13 للطاقة النظيفة والاقتصادية والاستهلاك والإنتاج المسؤولين والعمل المناخي، على التوالي. وهذا بدوره سيفتح الأبواب أمام تحقيق مستقبل محايد للكربون ومستدام”.

يجب أن تكون إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون جزءًا من دخول البشرية في دورة الكربون الحالية مع الكوكب. وبدون إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون، لن يتم تحقيق التوازن المطلوب على الأرجح. يبدو أن فكرة استخدام 10 مليارات شخص لمصادر الكربون لتغذية وجود غني بالطاقة تمثل فوضى كبيرة حتى لو تم تقليل الملوثات إلى الحد الأدنى وتقليل المواد الكيميائية الملوثة الثانوية إلى الحد الأدنى.

ولكن إذا تم إعادة تدوير موارد الكربون، فلن يكون هناك حدود كبيرة لمدى ارتفاع مستويات المعيشة لمليارات عديدة من البشر. يعد الكربون بحد ذاته مخزنًا كبيرًا للطاقة ويمكنه تخزين كميات هائلة من الهيدروجين. سيكون من الطبيعي أن نفعل هذا مثلما تفعل الطبيعة منذ مئات الملايين من السنين.

اقرأ أيضًا ثلاث أسهم نمو ن قطاع التكنولوجيا يمكن أن تساعدك في تحقيق نمو قوي أثناء التقاعد

المصدر: أويل برايس