احتجاز ثاني أكسيد الكربون بشكل ثوري: مواد جديدة يمكن أن تنقذ الصناعة!

احتجاز ثاني أكسيد الكربون بشكل ثوري: مواد جديدة يمكن أن تنقذ الصناعة!

في الأبحاث الحالية حول احتجاز ثاني أكسيد الكربون، ينصب التركيز على المواد المبتكرة، وخاصة مركبات الهياكل المعدنية العضوية (MOFs). تُظهر دراسة حالية أجراها مركز هيلمهولتز في دريسدن-روسيندورف، والجامعة التقنية في دريسدن، وجامعة ماريا كوري-سكودوفسكا في لوبلين، الخصائص الواعدة للإطار العضوي المعدني المُطوَّر حديثًا والذي يُسمى Calgary Framework 20 (CALF-20). تسلط النتائج المنشورة في مجلة Small الضوء على قدرات CALF-20 في امتصاص ثاني أكسيد الكربون في ظل ظروف بيئية مختلفة.

ونظراً للحاجة الملحة لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الانبعاثات الصناعية، تطرح الصناعة على نحو متزايد أسئلة حول الحلول الفعالة من حيث التكلفة لالتقاط وتخزين غازات الدفيئة هذه. يتميز CALF-20 بقدرته العالية على امتصاص ثاني أكسيد الكربون ومتطلبات الطاقة المنخفضة للتجديد، مما يجعله مرشحًا مثاليًا للتطبيقات الحقيقية. يسلط البحث، الذي تموله مؤسسة الأبحاث الألمانية، الضوء على انخفاض تداخل المياه، وهي مشكلة شائعة مع الممتزات التقليدية مثل الكربون المنشط والزيوليت، والتي غالبا ما تكون غير فعالة في البيئات الرطبة.

الخصائص الخاصة لـ CALF-20

إحدى الميزات البارزة لـ CALF-20 هي قدرته على التقاط ثاني أكسيد الكربون بشكل فعال حتى في ظل الرطوبة الجزئية. وتظهر الدراسة أن المادة تمتص ثاني أكسيد الكربون بشكل تفضيلي على الماء، وهو أمر مهم بشكل خاص في الظروف الرطبة المعتدلة. وقد تم التحقيق في هذه القدرة من خلال تقنيات تجريبية مختلفة مثل التحليل الطيفي لمدى إبادة البوزيترون (PALS) وقياس حيود الأشعة السينية المسحوقة في الموقع (PXRD).

كشف تحليل PALS أن ثاني أكسيد الكربون يتبنى ترتيبًا منظمًا في المسام النانوية لـ CALF-20، وهو أمر بالغ الأهمية لكفاءة الامتزاز. وقد وجد أيضًا أنه عند مستويات رطوبة مختلفة، تنشأ حالات تجميعية مختلفة للمياه، والتي بدورها تؤثر على امتصاص ثاني أكسيد الكربون. وعلى وجه الخصوص، يحتفظ CALF-20 بقدرة امتصاص كبيرة عند رطوبة نسبية تقل عن 40 بالمائة، مما يسلط الضوء على ملاءمته لمختلف البيئات الصناعية.

سجل حافل والتطبيق الصناعي

بالتوازي مع هذا البحث، أطلقت جامعة كالجاري، بالشراكة مع صناعة فصل الغاز، إجراء اختبار احتجاز ثاني أكسيد الكربون. يتم هنا استخدام المادة الماصة المطورة حديثًا CALF-20، والتي تم اختبارها في مصنع للأسمنت في فانكوفر. تظهر النتائج الأولية أنه يمكن إزالة ما يصل إلى 95 بالمائة من ثاني أكسيد الكربون بنجاح من مجاري العادم. وقد اكتشف CALF-20 طنًا واحدًا من ثاني أكسيد الكربون يوميًا منذ شهر يناير، مما يؤكد إمكانية تطبيقه العملي.

تسلط هذه الإنجازات الضوء على التأثير العالمي للتكنولوجيا على الصناعات التي تنبعث منها الكربون، وخاصة في المناطق كثيفة الاستهلاك للطاقة مثل ألبرتا. تم تحقيق معايرة هذه التكنولوجيا وتوسيع نطاقها من خلال التعاون مع علماء من مختلف التخصصات، بما في ذلك الدكتور أرفيند راجيندران والدكتور توم وو، وتم إحراز تقدم كبير في تطبيق المادة في العمليات الصناعية.

باختصار، لا توفر الدراسات الشاملة حول CALF-20 رؤى قيمة حول احتجاز ثاني أكسيد الكربون فحسب، بل تشكل أيضًا الأساس للأبحاث المستقبلية والتطورات التكنولوجية في مجال تقليل ثاني أكسيد الكربون. ولذلك فهو مثال واعد لاستخدام الأطر العضوية المعدنية في الاحتجاز الفعال للغازات الدفيئة.