تساعد الإضافات الجديدة الباحثين على تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود متعدد الكربون.
اكتشف الكيميائيون طريقة جديدة وأكثر كفاءة لإنشاء وقود يعتمد على الكربون من ثاني أكسيد الكربون (CO2) . توصّل فريق معهد كاليفورنيا للتقنية Caltech في تفاعلات كيميائية أجريت في المختبر إلى مادة مضافة جديدة تساعد بشكل انتقائي على تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود يحتوي على ذرات كربون متعددة وهي خطوة نحو إنتاج وقود سائل متجدد غير مشتق من الفحم أو النفط.
يقول "جوناس بيترز" أستاذ برين للكيمياء في معهد كاليفورنيا للتقنية Caltech ومدير معهد ريسنيك للاستدامة والذي أشرف على هذا البحث بالاشتراك وبالتعاون مع "ثيودور أغابي" أستاذ الكيمياء في معهد كاليفورنيا للتقنية Caltech: "كانت النتائج صادمة للغاية". ويضيف: "ترى في العادة في هذه الأنواع من التفاعلات مع ثاني أكسيد الكربون الكثير من المنتجات الثانوية مثل الميثان والهيدروجين. كان رد الفعل في هذه الحالة انتقائي للغاية للوقود المرغوب فيه والذي يحتوي على كربونات متعددة مثل الإثيلين والإيثانول والبروبانول حيث رأينا تحويلاً بنسبة %80 إلى منتجات الوقود متعددة الكربون، بينما هناك %20 فقط من هذه المنتجات التي تتحوّل إلى الهيدروجين والميثان".
نرغب عادة بالوقود ذو الذرات الكربونية المتعددة لأنه يميل لأن يكون سائل، فالوقود السائل يخزن كمية أكبر من الطاقة في الحجم مقارنة بما يخزّنه الوقود الغازي. يخزن البروبانول وهو وقود سائل يحتوي على ثلاث ذرات كربون طاقة أكبر من الميثان الغازي والذي يحتوي على ذرة كربون واحدة فقط.
يهدف الكيميائيين مثل بيترز وأغابي وزملائهم العاملين في المركز المشترك للتركيب الضوئي الاصطناعي (JCAP) ومركز الابتكار الرئيسي في مجال الطاقة في وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) إلى إنشاء وقود نقل صناعي سائل متعدد الكربون باستخدام المكوّنات المتاحة على نطاق واسع مثل أشعة الشمس والمياه وثاني أكسيد الكربون. يُموّل البحث الجديد الذي نُشر في الحادي والعشرين من يوليو لعام 2017 في الجمعية الكيميائية الأمريكية الوسطى للعلوم ACS Central Science من قبل المركز المشترك للتركيب الضوئي الصناعي (JCAP) ويُعتبر خطوة نحو هذا الهدف.
تمّ إجراء بحث الدراسة من قبل علماء ما بعد الدكتوراة في معهد كاليفورنيا للتقنية Caltech وهم "رود كورتليفر" و"هسيانغ يون تشن" و عالم ما بعد الدكتوراة السابق "تشي جي هان".
قام الفريق بتجربة مزيج من المواد الكيميائية المختلفة في المختبر لإيجاد المزيج المثالي لصنع الوقود متعدد الكربون. استخدم الفريق محلول مائي وقُطب كهربائي نحاسي وكانا بمثابة عاملي حفاز ومصدر للطاقة بدلاً من الشمس. أضافت المجموعة ثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى فئة من الجزيئات العضوية التي تسمى"بديل-N أريلبيريدينيوم" والتي شكلت طبقة رقيقة جداً على القطب إلى المحلول. حسّنت هذه الطبقة لأسباب غير مفهومة بعد رد فعل صنع الوقود بشكل كبير والإنتاج الانتقائي للإيثانول الكيميائي المرغوب والإيثيلين والبروبانول.
يقول أغابي: "من السهل إنتاج الهيدروجين في ظل هذه الظروف، لذلك نرى الكثير منه في العادة". ويضيف: "لكننا نريد أن نقلل من إنتاج الهيدروجين وينتج بدلاً من ذلك وقود سائل عالي الكثافة مع روابط الكربون- الكربون، وهذا هو بالضبط ما نحصل عليه في تجاربنا".
إنّ الخطوة التالية تكمن في معرفة كيفية قيام المواد المضافة وتعزيز التفاعل. يخطط الباحثون أيضاً لاختبار إضافات مماثلة لمعرفة ما إذا كانت ستحسّن الانتقائية في الوقود المطلوب. قد تساعد هذه المعلومات على إنتاج أنواع وقود بديلة مصنوعة بكفاءة من أشعة الشمس وثاني أكسيد الكربون والمياه بدلاً من النفط.
يقول بيترز: "لقد قامت الطبيعة بتخزين الطاقة الشمسية على شكل نفط على مدى فترة طويلة من تاريخ الأرض بواسطة عملية تستغرق ملايين السنين". ويضيف: "يرغب الكيميائيّون في معرفة كيفية القيام بذلك بشكل أسرع".
المصدر