من تدمير المناخ إلى مادة خام.. تفاعل كيميائي جديد لتدوير الكربون

تعمل مجموعات البحث في جميع أنحاء العالم على تطوير تقنيات لتحويل ثاني أكسيد الكربون، إلى مواد خام للتطبيقات الصناعية.

وتم إجراء معظم التجارب في ظل الظروف الصناعية ذات الصلة باستخدام محفزات كهربائية غير متجانسة، أي محفزات تكون في مرحلة كيميائية مختلفة عن المواد المتفاعلة.

• أسواق الكربون.. أداة العالم «التعويضية» على مسار العمل المناخي

ومع ذلك، تعتبر المحفزات المتجانسة، التي تكون في نفس المرحلة مثل المواد المتفاعلة، أكثر كفاءة وانتقائية بشكل عام، وحتى الآن، لم تكن هناك أي وسيلة يمكن من خلالها استخدام المحفزات المتجانسة في ظل الظروف الصناعية.

وقام فريق برئاسة كيفين جورجيوس بيلومبي والبروفيسور أولف بيتر أبفيل من جامعة "روهر بوخوم" ومعهد فراونهوفر لتكنولوجيا البيئة والسلامة والطاقة بألمانيا، بسد هذه الفجوة، وأوضح الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في مجلة "سيل ريبورتيز فيزيكال ساينس"، وتم نشر النتائج في 13 ديسمبر/كانون الأول الجاري.

ويقول أولف بيتر أبفيل: "يهدف عملنا إلى دفع حدود التكنولوجيا من أجل إيجاد حل فعّال لتحويل ثاني أكسيد الكربون الذي سيحول الغاز المدمر للمناخ إلى مورد مفيد.

الكفاءة والاستقرار طويل الأمد

واستكشف الفريق تحويل ثاني أكسيد الكربون باستخدام التحفيز الكهربائي، وفي هذه العملية، يقوم مصدر الجهد بتزويد الطاقة الكهربائية، والتي يتم تغذيتها لنظام التفاعل عبر الأقطاب الكهربائية، ويحرك التحويلات الكيميائية في الأقطاب الكهربائية، محفز يسهل التفاعل.

وفي الحفز الكهربائي المتجانس، يكون المحفز عادة عبارة عن مركب معدني مذاب، فيما يسمى بقطب نشر الغاز؛ حيث تتدفق المادة البادئة للتفاعل "ثاني أكسيد الكربون" عبر القطب؛ إذ تقوم المحفزات بتحويلها إلى أول أكسيد الكربون، وهذا الأخير بدوره هو مادة أولية شائعة في الصناعة الكيميائية.

وقام الباحثون بدمج المحفزات المعدنية المعقدة في سطح القطب دون ربطها به كيميائياً، و أظهروا أن نظامهم يمكنه تحويل ثاني أكسيد الكربون بكفاءة، فهو يولد كثافات تيار تزيد عن 300 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع،علاوة على ذلك، ظل النظام مستقراً لأكثر من 100 ساعة دون أن تظهر عليه أي علامات للتدهور.

لا حاجة لترسيخ المحفز

كل هذا يعني أنه يمكن عموماً استخدام المحفزات المتجانسة في خلايا التحليل الكهربائي.

ويقول أولف بيتر أبفيل: "ومع ذلك، فهي تتطلب تركيب قطب كهربائي محدد"، وبشكل أكثر تحديداً، يجب أن تتيح الأقطاب الكهربائية التحويل المباشر للغاز بدون مذيبات، بحيث لا يتم ترشيح المحفز من سطح القطب الكهربائي.

وعلى عكس ما يتم وصفه غالباً في الأدبيات العلمية المتخصصة، ليست هناك حاجة إلى مادة حاملة تربط المحفز كيميائياً بسطح القطب.

ويخلص أبفيل إلى أن "النتائج التي توصلنا إليها تفتح إمكانية اختبار ودمج المحفزات الكهربائية المتجانسة عالية الأداء والمتغيرة بسهولة في سيناريوهات التطبيق للعمليات الكهروكيميائية".