أبوظبي: عبد الرحمن سعيد
طور فريق بحثي من «جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا» في أبوظبي مادة امتصاص هجينة قائمة على الهياكل المعدنية العضوية، تُعرف باسم «إتش كيه يو إس تي-1»، باستخدام أيونات النحاس، وأكسيد الغرافين المنشط بالأشعة فوق البنفسجية، حيث أثبتت بحوثهم أن أكسيد الغرافين، يسهم في تحسين أداء التقاط الكربون، وبناء عليه استخدمه الباحثون، لزيادة قدرة الهيكل المعدني العضوي الهجين، على امتصاص ثاني أكسيد الكربون بنسبة 45%.
وأوضح الفريق البحثي الذي ضم المهندس أنيش ماثاي فارغيز، باحث مشارك، والدكتور كي سوريش كومار ريدي، عالم بحثي، والدكتور جورجيوس كارانيكولوس، أستاذ مشارك في الهندسة الكيميائية، أنهم درسوا مواد الامتصاص الهجينة، وجمعوا بين الهيكل المعدني العضوي وأكسيد الغرافين، لإنتاج مادة فعالة تسهم في التقاط الكربون. مبينين أنهم وجدوا تنشيط أكسيد الغرافين، باستخدام ضوء فوق بنفسجي يحسّن الخصائص السطحية والهيكلية والمورفولوجية لتعزيز التقاط ثاني أكسيد الكربون.
وأكدوا أن الحدّ من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، وخاصة ثاني أكسيد الكربون، أمر بالغ الأهمية في مكافحة تغير المناخ، واستخدام تكنولوجيا التقاط الكربون وحفظه والتحول النموذجي من الوقود الأحفوري إلى مصادر الطاقة المتجددة، هو الطريق الرئيس والفعال أمام الحدّ من متوسط ارتفاع درجات الحرارة العالمي، لتصل إلى أقل من مستوياتها ما قبل الصناعة.
وبينوا أن استراتيجية التقاط الكربون والاستفادة منه وحفظه، من أكثر الاستراتيجيات الواعدة انتشاراً في العالم، للحدّ من انبعاث غازات ثاني أكسيد الكربون، عبر الظهور المتزايد للتكنولوجيات المتنوعة في عدد من القطاعات الصناعية عالمياً، وتشمل عملية التقاط ثاني أكسيد الكربون من مصادر الانبعاث، مثل محطات الطاقة ومواقع التخزين الطويلة الأمد، ويمكن تحسين هذه الأساليب لرفع مستوى الفعالية والحدّ من معدلات استهلاك الطاقة والكلفة المرتفعة.
وأشاروا إلى أن الالتقاط الناجح للكربون يحتاج إلى مادة ماصّة تنتزع ثاني أكسيد الكربون من تيار من الغازات المختلطة، ثم تطلقه بسهولة عند الرغبة ويمكن إعادة استخدام المادة، بينما يمكن الاستفادة من ثاني أكسيد الكربون المحتجز أو إرساله للحفظ طويل الأمد.
ولفتوا إلى أن ثاني أكسيد الكربون يتجمع في مسام المادة الذي يعمل مواقع التقاط نشطة خلال الامتصاص، فعندما تنخفض درجة الحرارة، مثلاً يلتصق ثاني أكسيد الكربون بالسطح وعند ارتفاعها يطلق ثاني أكسيد الكربون، كما يمكن أن تؤدي التغيرات في الضغط إلى حدوث دورات الالتقاط والإطلاق.
وقالوا في الوقت الحالي، تُستخدم المحاليل الأمينية المائية، وهي محاليل تحتوي على الماء والمركبات العضوية التي تسمى الأمينات التي تحتوي على ذرات النيتروجين المرتبطة بذرات الهيدروجين والكربون، في التقاط ثاني أكسيد الكربون في التطبيقات الصناعية وتتميز هذه المحاليل بفعاليتها في التقاط ثاني أكسيد الكربون، ما يجعلها واحدة من أكثر تكنولوجيات التقاط الكربون شيوعاً وتطوراً، ومن ناحية أخرى، تعاني هذه التكنولوجيا مشكلة أنه يجب تسخين المحلول من أجل استعادة ثاني أكسيد الكربون الملتقط من المحلول الأميني، ما يتطلب كميات كبيرة من الطاقة الحرارية وفقدان بعض الأمينات في البيئة جراء هذه العملية.
وقال المهندس أنيش «يحظى الامتصاص باهتمام متزايد بفضل خصائصه المتميزة كانخفاض استهلاك الطاقة وسهولة التنفيذ والكلفة المناسبة والاستقرار الكيميائي والحراري. لذلك، تدرس مجموعة كبيرة ومتنوعة من مواد الامتصاص عالمياً مثل الهياكل المعدنية العضوية والزيوليت والمواد العضوية التساهمية والبوليمرات المسامية ومواد أخرى كثيرة، وقد طورنا مادة امتصاص هجينة من المعدن العضوي باستخدام أيونات النحاس وأكسيد الغرافين المنشط بالأشعة فوق البنفسجية».
توفر الهياكل المعدنية العضوية خصائص متميزة تتعلق بطبيعة تركيبها ومرونة عالية في هيكلها، كما يمكن دمجها في عدد من التطبيقات المختلفة، إلا أن الاستقرار الحراري والكيميائي المنخفض في الهياكل المعدنية العضوية يحدّ من استخدامها في البيئات الصعبة. وللتغلب على ذلك، استخدم الفريق البحثي مادة هجينة قائمة على الهياكل المعدنية العضوية تُعرف باسم «إتش كيه يو إس تي-1» و«إم أوه إف-199» الذي يعدّ واعداً من حيث التقاط ثاني أكسيد الكربون بفضل تركيبته المسامية ومساحة سطح وحجم مسام كبيرين، إلى جانب الاستقرار الكيميائي الجيد وسهولة التصنيع والجدوى التجارية، فهو هيكل مسامي ثلاثي الأبعاد يجمع بين أيونات النحاس وذرات الأكسجين.
