"ورقة اصطناعية" تحول ثاني أكسيد الكربون وأشعة الشمس إلى وقود متجدد

اكتشف الباحثون مؤخرًا تقنية رائدة تقوم بتحويل ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى وقود عالي الكثافة مثل الإيثانول والبروبانول. وهو مصدر وقود متجدد ونظيف ومنخفض التلوث وصديق للبيئة.

في الوقت الحاضر، الوقود المستخدم بشكل شائع هو الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي. ومع ذلك، عند حرق هذا الوقود، فإنه ينبعث منه غاز ثاني أكسيد الكربون - وهو السبب الرئيسي للتلوث البيئي وتغير المناخ. ومن ثم، فإن إيجاد مواد خام بديلة صديقة للبيئة أصبح أكثر إلحاحاً من أي وقت مضى.

لعدة سنوات، عمل فريق من جامعة كامبريدج على تطوير وقود مستدام محايد للكربون مستوحى من عملية التمثيل الضوئي للنباتات، وأطلقوا عليه اسم "الورقة الاصطناعية". ومع ذلك، لا تستطيع هذه الأوراق الاصطناعية سوى إنتاج مواد كيميائية بسيطة، مثل الغاز الاصطناعي، وهو خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون يستخدم في صناعة الوقود والأدوية والبلاستيك والأسمدة. ولجعل هذه التكنولوجيا أكثر عملية، يتعين على "الورقة الاصطناعية" أن تكون قادرة على إنتاج مواد كيميائية أكثر تعقيداً بشكل مباشر في خطوة واحدة تعمل بالطاقة الشمسية.

وقال البروفيسور إروين رايزنر، رئيس فريق البحث، إن الفريق نجح الآن في تطوير محفز يعتمد على النحاس والبلاديوم. تم تحسين المحفز بطريقة تسمح لـ "الورقة الاصطناعية" بإنتاج مواد كيميائية أكثر تعقيدًا، وتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس إلى وقود متعدد الكربون الإيثانول والبروبانول في خطوة واحدة. وهي عبارة عن وقود ذو كثافة طاقة عالية وسهل تخزينه أو نقله أثناء الاستخدام.

أوراق اصطناعية مثبتة على قضبان دعم معدنية. الصورة: موتيار رحمان

يعتبر الإيثانول الحيوي بديلاً أنظف للبنزين لأنه يتم إنتاجه من النباتات بدلاً من الوقود الأحفوري. تستخدم العديد من السيارات والشاحنات على الطرق اليوم البنزين المحتوي على ما يصل إلى 10% من الإيثانول (وقود E10). ومع ذلك، كانت الطرق السابقة لإنتاج الإيثانول الحيوي مثيرة للجدل، خاصة لأنها غالبًا ما تشغل مساحة من الأراضي الزراعية التي يمكن استخدامها لزراعة الغذاء. ولكن مع طريقة "الورقة الاصطناعية" الجديدة التي تستخدم الطاقة الشمسية فقط، تم حل هذه المشكلة بشكل كامل.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن للورقة الاصطناعية الجديدة أن تنتج بشكل مباشر الإيثانول والبروبانول النظيفين دون الحاجة إلى خطوة وسيطة - إنتاج الغاز الاصطناعي. وفي السابق، أنتجت عدة مجموعات بحثية أخرى مواد كيميائية مماثلة باستخدام الكهرباء. ومع ذلك، فهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إنتاج مثل هذه المواد الكيميائية المعقدة باستخدام أوراق اصطناعية باستخدام الطاقة الشمسية فقط.

وقال الدكتور موتيار رحمان، أحد أعضاء فريق البحث، إن الورقة الاصطناعية الجديدة ستكون خطوة مهمة في الابتعاد عن الاقتصاد المعتمد على الوقود الأحفوري. تنتج هذه الوقود انبعاثات كربونية صافية صفرية وهي قابلة للتجديد بالكامل.

قال فريق بحثي من جامعة لوند (السويد)، إنهم وجدوا طريقة لتحويل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى وقود من خلال استخدام مواد عضوية مسامية تسمى الأطر العضوية التساهمية (COF)، وذلك بالتعاون مع جامعة لوند السويدية لتطوير تقنية "الأوراق الاصطناعية" من ضوء الشمس. ستقوم هذه المادة بامتصاص ضوء الشمس، ثم تستخدم الطاقة التي تم الحصول عليها بالاشتراك مع محفز لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود.

تتطلب عملية التحويل إلكترونات. عندما نكتشف أن فوتونًا ذا ضوء أزرق يُنتج إلكترونات طويلة العمر ذات طاقة عالية، نقوم ببساطة بشحن COF بالإلكترونات ونُكمل التفاعل، كما قال كايبو تشنغ، الباحث في جامعة لوند.

ورغم أن نتائج الأبحاث الأولية واعدة للغاية، إلا أن هناك حاجة إلى بذل المزيد من الجهود لتطبيق هذه التقنية تجارياً وعلى نطاق واسع. يقول تونو بوليريتس، ​​المؤلف المشارك في الدراسة والكيميائي: "لقد أكملنا الخطوتين الأوليتين باستخدام الإلكترونات". "لا يزال هناك العديد من الخطوات التي يتعين علينا اتخاذها قبل أن نتمكن من البدء في التفكير في آلة تحويل ثاني أكسيد الكربون، لكننا رأينا مسارًا واعدًا للغاية."

وفي فيتنام، تم أيضًا إجراء أبحاث حول تقنية "الأوراق الاصطناعية" في جامعة العلوم والتكنولوجيا في هانوي (USTH). منذ عام 2015، تعاونت مجموعة من الباحثين من جامعة USTH مع مختبر الكيمياء والبيولوجيا للمعادن (مركز الطاقة الذرية والطاقة البديلة - غرونوبل، فرنسا) لبحث وتصنيع "ورقة اصطناعية".

"ورقة اصطناعية" ابتكرها فريق بحثي في ​​جامعة USTH. (الصورة: usth.edu.vn)

حتى الآن، هذا الجهاز قادر على إنتاج وقود الهيدروجين (H2) من الماء وأشعة الشمس بكفاءة تصل إلى 1.9%. ومن الممكن بعد ذلك تخزين وقود الهيدروجين ونقله واستخدامه في خلايا الوقود. إن المنتج من عملية استخدام الوقود هذه هو الماء فقط، وبالتالي فهو لا يلوث البيئة.

ماي آنه