يمكن اليوم تحضير الغاز الذي يتم استخدامه بكثرة، والذي يتم إنتاجه من الوقود الأحفوري، بواسطة "ورقة اصطناعية" تستخدم ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء فقط، وهو نظام يمكن استخدامه يومًا ما في تطوير وقود سائل مستدام. والذي سيكون بديلاً للبنزين
[ترجمة د.نحماني موشيه]
أظهر باحثون من جامعة كامبريدج أنه من الممكن إنتاج الغاز الاصطناعي مباشرة (الغاز الاصطناعي، وهو خليط غاز من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون) بطريقة مستدامة وبسيطة. فبدلاً من أن تعمل بالوقود الأحفوري، يمكن للورقة الاصطناعية أن تعمل باستخدام أشعة الشمس فقط. وعلى عكس العمليات الصناعية الحالية لإنتاج الغاز الاصطناعي، فإن الورقة لا تنبعث منها كمية إضافية من ثاني أكسيد الكربون في الهواء الحر. وقد نشرت النتائج منذ فترة طويلة في المجلة العلمية Nature Materials.
اليوم، يتكون الغاز الاصطناعي من خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون، ويستخدم في إنتاج مجموعة متنوعة من المنتجات الاستهلاكية، مثل الوقود والأدوية والمنتجات البلاستيكية والأسمدة. "ربما لم نسمع عن سينجس نفسه، ولكننا جميعًا نستهلك المنتجات المصنوعة منه. وقال أحد الباحثين إن القدرة على إنتاج هذه المادة الخام بطريقة مستدامة ستكون خطوة أساسية في إغلاق دورة الكربون العالمية مع تعزيز صناعة الوقود والمواد الكيميائية المستدامة.
النظام الذي أنشأه الباحثون مستوحى من آلية التمثيل الضوئي، وهي العملية الطبيعية التي تستخدم النباتات من خلالها الطاقة المستمدة من أشعة الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى طعام. يوجد فوق الورقة الاصطناعية مستقبلان للضوء يشبهان الجزيئات الموجودة في النباتات والمسؤولة عن تسخير ضوء الشمس، بالإضافة إلى محفز يتكون من العنصر المعدني الشائع في الطبيعة، وهو الكوبالت. عندما يتم غمر الجهاز في الماء، يستخدم أحد مكونات امتصاص الضوء محفزًا لإنتاج الأكسجين. المكون الثاني الممتص للضوء هو المسؤول عن التفاعل الكيميائي الذي يحول ثاني أكسيد الكربون والماء إلى أول أكسيد الكربون والهيدروجين، وينتج خليط الغاز الاصطناعي. وكمكافأة، اكتشف الباحثون أن المكونات الممتصة للضوء المستخدمة تنشط أيضًا في المستويات المنخفضة من ضوء الشمس، على سبيل المثال في الأيام الممطرة والغائمة. "المعنى هو أنك لا تقتصر على استخدام هذه التكنولوجيا إلا في البلدان الدافئة والمشمسة، أو في فصلي الربيع والصيف، وفي الواقع التكنولوجيا سوف تكون قادرة على أن تكون نشطة من الفجر حتى الغسق."
كما تم تطوير أوراق صناعية أخرى، ولكنها تنتج الهيدروجين فقط بشكل عام. يوضح الباحثون أن السبب وراء قدرتهم على إنتاج الغاز الاصطناعي بشكل مستدام هو مزيج من المواد المحددة والمحفزات التي اختاروها. ومن بين هذه المواد مستقبلات ضوئية متطورة علمياً تعتمد على معدن البيروفسكايت، والتي توفر فولتات ضوئية وتياراً كهربائياً عالياً يتيح وجود التفاعل الذي بفضله يتحول ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون، مقارنة بمستقبلات الضوء المعتمدة على السيليكون أو مواد التلوين الأخرى. . بالإضافة إلى ذلك، استخدم الباحثون معدن الكوبالت كمحفز في النظام، بدلاً من معادن البلاتين أو الفضة الأكثر تكلفة. ليس الكوبالت رخيص الثمن فحسب، بل إنه أكثر كفاءة في إنتاج أول أكسيد الكربون من المحفزات الأخرى. والآن، يستكشف فريق البحث طرقًا للاستفادة من تقنيته لإنتاج وقود سائل مستدام بديل للبنزين. بالفعل اليوم يتم استخدام الغاز الاصطناعي كمواد خام لإنتاج الوقود السائل. يوضح الباحث الرئيسي: "ما نود القيام به في الخطوة التالية، بدلاً من إنتاج الغاز الاصطناعي أولاً ثم تحويله إلى وقود، هو إنتاج الوقود السائل في خطوة واحدة من أول أكسيد الكربون والماء".
وعلى الرغم من التقدم الكبير الذي تم تحقيقه حتى الآن في إنتاج الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والأجهزة الكهروضوئية، يوضح الباحث الرئيسي أن تطوير الوقود الاصطناعي هو حاجة قائمة، وذلك في ظل أن الكهرباء حاليا فقط توفر نحو ربع الطلب العالمي على الطاقة. "هناك حاجة كبيرة للوقود السائل لتشغيل مركبات النقل الثقيلة والسفن والطائرات، وكل ذلك بطريقة مستدامة. "نحن نعتزم إنتاج منتجات مستدامة ومهمة، مثل الإيثانول، والذي يمكن استخدامه بسهولة لإنتاج الوقود"، يوضح الباحث. "من الصعب إنتاج الغاز الاصطناعي في خطوة واحدة من ضوء الشمس باستخدام تفاعل يحول ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك، نحن على يقين من أننا نسير في الاتجاه الصحيح، وأن لدينا المحفز المناسب، لذلك نعتقد أننا سنكون قادرين على إنشاء جهاز يمكنه إثبات هذه العملية في المستقبل القريب.
تعليقات 2
ألا تعرف جواربك؟
"اليوم، يتكون الغاز الاصطناعي من خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون" - ومما كان يتكون بالأمس؟