الباحث الذي شارك في تطوير نظام تحويل ثاني أكسيد الكربون من الهواء والهيدروجين من البحر إلى وقود، سيعمل على تحسين المحركات النفاثة في جامعة تل أبيب * أكد الدكتور بريان روزن، ميلجاي فولبرايت في حديث مع موقع العلوم أن اختراعه في أيد أمينة ولم يتم شراؤه ليتم تدميره. بدأ مرحلة ما بعد الدكتوراه مع البروفيسور نوعم إلياز والبروفيسور إليعيزر جلعادي، حيث سيبحث في طلاء مكونات المحرك النفاث بسبائك الرينيوم لإطالة عمرها وزيادة سلامة الطيران. * وله نصائح للطلبة الإسرائيليين الذين يريدون مواصلة دراستهم في الولايات المتحدة، استعدادا لمؤتمر سيعقد في 10 أكتوبر
ليس كل يوم يعمل في إسرائيل شخص يشارك في اكتشاف يشبه اختراع العجلة، لولا نشره في مجلة العلوم. كجزء من أطروحته للدكتوراه، قام الدكتور بيركيان روزين، مع زملائه في جامعة شيكاغو، بالبحث عن طرق لإنتاج الوقود بتكلفة زهيدة من أكثر المواد المكروهة في الغلاف الجوي: ثاني أكسيد الكربون. روزين، يبقى في إسرائيل كزميل أبحاث ما بعد الدكتوراه برنامج فولبرايت الأمريكية لتبادل المحاضرين والطلاب.
"أنا أقيم في جامعة تل أبيب مع البروفيسور نوعام إليز والبروفيسور إليعازر جلعادي. بحثي في تل أبيب هو مشروع مشترك بين القوات الجوية الإسرائيلية والقوات الجوية الأمريكية يركز على الجمع بين الطلاء الهيكلي النانوي لسبائك الرينيوم الكهروكيميائية لاستخدامها في المحركات النفاثة. سيعمل هذا الطلاء على تحسين متانة مكونات المحرك النفاث المركزي التي تتعرض باستمرار لدرجات حرارة عالية وبيئة تفاعلية، وسيسمح بالعديد من ساعات الطيران الآمنة."
العالم: الرينيوم مادة باهظة الثمن ونادرة، فكيف يمكن دمجه دون زيادة تكلفة المحرك بشكل كبير؟
"إنها طبقة رقيقة من السبائك، ولكنها كافية لنقل الخصائص الجيدة للمادة إلى أجزاء المحرك. خلال البحث سوف نقوم بفحص مقاومة الشقوق والانفعالات لسبائك الرينيوم المختلفة، حتى نجد التكوين الأنسب. وعلى الرغم من أن هذه مادة باهظة الثمن، إلا أن تقليل تكرار استبدال الأجزاء في المحرك سيؤدي إلى انخفاض كبير في تكاليف صيانة الطائرة.
درس روزن شهادته الأولى في جامعة ديلاوير ودرجتيه الثانية والثالثة في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين، تحت إشراف البروفيسور ريتشارد واي. ماسيل (متقاعد) وبول جا. كينيس يتضمن مشروعي البحثي لنيل درجة الدكتوراه تطوير مفاعل كهروكيميائي عالي الكفاءة يمكنه تحويل ثاني أكسيد الكربون (CO2) إلى وقود مثل أول أكسيد الكربون (CO). ويمكن بعد ذلك خلط أول أكسيد الكربون بسهولة مع غاز الهيدروجين وتحويله إلى وقود سائل صناعي. باستخدام تركيب فيشر تروبش المعروف، هذه العملية هي في الواقع "عملية التمثيل الضوئي الاصطناعي"، لأننا، مثل النباتات، مهتمون باستخدام الطاقة المتجددة وتحويل ثاني أكسيد الكربون من بيئتنا إلى مصادر للطاقة.
"في عام 2010، توقعت وكالة معلومات الطاقة الأمريكية أن الطلب العالمي على الطاقة سوف يرتفع بنسبة 50%، من 500 كوادريليون وحدة حرارية بريطانية إلى 750 كوادريليون وحدة حرارية بريطانية في الفترة من 2007 إلى 2035. وفي الوقت نفسه، فإن الحاجة إلى الوقود السائل لوسائل النقل والصناعة والمباني والمنشآت ومن المتوقع أن يرتفع إنتاج الكهرباء من نحو 80 مليون برميل إلى نحو 115 مليون برميل خلال نفس الفترة. يوفر الوقود الأحفوري معظم احتياجات العالم من الطاقة، وسيستمر في توفير احتياجاتنا من الطاقة بينما لا تزال حلول الطاقة البديلة قيد البحث. إن استخدام الوقود الأحفوري كمصدر لإمدادات الطاقة لدينا مسؤول عن انبعاث ما يقرب من 60٪ من الغازات الدفيئة سنويًا. ونتيجة لذلك، ارتفع تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من حوالي 300 جزء في المليون إلى حوالي 400 جزء في المليون خلال المائة عام الماضية، وقد يكون هذا سبباً في ظاهرة الاحتباس الحراري.
"إن هدفي بحثنا هما: (1) تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري لتلبية احتياجاتنا من الطاقة (2) تطوير تقنيات الطاقة البديلة التي من شأنها إبطاء أو استقرار مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ونأمل في تحقيق هذين الهدفين من خلال الاستفادة من الطاقة الكهربائية الفائضة من المواد الخام المتجددة دورياً مثل الرياح والشمس، بهدف تحويل نفايات ثاني أكسيد الكربون الكهروكيميائية الناتجة عن المصانع الكيماوية ومصافي التكرير إلى وقود مرة أخرى، بدلاً من انبعاثها إلى الغلاف الجوي.
"إن فكرة تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود ليست فكرة جديدة. بدأت الدراسات العلمية حول هذا الموضوع منذ أكثر من 30 عامًا. ورغم الجهود البحثية فإن الفكرة لم تصبح تجارية لأن تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون يتطلب مستوى عاليا من الطاقة. ثاني أكسيد الكربون هو جزيء مستقر وغير نشط، لذلك من الضروري استثمار مستوى كبير من الطاقة لتحويله إلى جزيء ذو طاقة أعلى مطلوب لإنتاج الوقود. العائق الرئيسي أمام عملية التمثيل الضوئي الاصطناعي هو الطاقة العالية اللازمة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون. يستخدم الكيميائيون والمهندسون نوعًا من المواد يسمى "المحفز" عندما يريدون خفض مستوى الطاقة اللازمة للتفاعل الكيميائي (مثل تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون). تعتبر المحفزات فريدة من نوعها من حيث قدرتها على تسريع التفاعلات الكيميائية دون إحداث تفاعل ذاتي. من الصعب تحويل ثاني أكسيد الكربون لأن المواد الكيميائية الدورية المطلوبة للتحويل تحتوي على طاقة عالية وجزيئات غير مستقرة تخلق حاجز طاقة للتحويل الفعال لثاني أكسيد الكربون إلى وقود."
"يستخدم مفاعلنا محفزين - سطح معدني وسوائل أيونية - من أجل تقليل الطاقة اللازمة لتحويل ثاني أكسيد الكربون. يتم تغذية ثاني أكسيد الكربون إلى المفاعل الكهروكيميائي حيث يمكن أن يتفاعل مع السوائل الأيونية والسطح المعدني، ثم يمكن تحويله إلى أول أكسيد الكربون عندما يتم تغذية الكهرباء من المواد الخام المتجددة إلى سطح المعدن. يؤدي التفاعل بين ثاني أكسيد الكربون والسوائل الأيونية إلى تغيير الوسيط الكيميائي إلى طاقة أقل، وشكل أكثر استقرارًا، وبالتالي تقليل الطاقة المدخلة اللازمة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون. يتم بعد ذلك إطلاق المنتج، أول أكسيد الكربون، من السطح المعدني حيث يمكن إرساله إلى المنشآت لتحويله إلى وقود.
تخلق هذه التكنولوجيا إمكانية وجود مصدر للطاقة:
- يحول نفايات ثاني أكسيد الكربون بكفاءة إلى وقود باستخدام الكهرباء الزائدة من المصادر المتجددة (مثل الطاقة الشمسية أو الرياح).
- يوفر وقودًا صناعيًا يمكن نقله عبر البنية التحتية الحالية للبنزين (على عكس الطاقة الهيدروجينية التي تتطلب إنشاء خطوط أنابيب ومحطات وقود جديدة).
- يوفر مصدراً بديلاً للطاقة لا ينافس الإمدادات الغذائية (بخلاف تحويل الذرة إلى إيثانول).
ووجدت وزارة الطاقة الأمريكية أن كفاءة استهلاك الطاقة في عمليات تحويل ثاني أكسيد الكربون تزيد عن 50%. تُظهر عمليتنا كفاءة في استخدام الطاقة بنسبة 87%، حيث يتم استخدام أكثر من 95% من التيار الكهربائي لتحويل نفايات ثاني أكسيد الكربون إلى منتج أول أكسيد الكربون المطلوب.
تم نشر بحثنا في المجلة الأكاديمية "Science" عام 2011 لأنه قدم طفرة كبيرة تسمح بإنتاج الوقود الاصطناعي من ثاني أكسيد الكربون تجاريا. تعمل جامعة إلينوي والشركة الناشئة "Dioxyde Materials" (التي أسسها أحد المشرفين على درجة الدكتوراه، وهو ريتشارد ماسيل) حاليًا مع شركات أمريكية كبيرة بهدف تسويق هذه التكنولوجيا. تم دعم هذا البحث بمنح ومنح دراسية من وزارة الطاقة الأمريكية ووزارة الدفاع الأمريكية.
ألا يوجد خطر أن يقوم أحد بشراء براءات الاختراع ودفنها، كما فعلت صناعات الطاقة لاختراعات لا تعد ولا تحصى منذ السبعينيات (السيارة الكهربائية على سبيل المثال)؟
"الشركات الكبرى التي نعمل معها هي شركات جادة وتواصل التطور. إن موظفيهم يأتون إلى جامعة إلينوي طوال الوقت ويأتي موظفونا إليهم».
لماذا اخترت جامعة تل أبيب؟
روزين: "لقد اخترت جامعة تل أبيب بسبب سمعتها الممتازة سواء في الهندسة أو في مجالات العلوم البحتة. تعمل المراكز متعددة التخصصات في الحرم الجامعي، مثل مركز تكنولوجيا النانو، على تعزيز التعاون بين مجالات الهندسة المختلفة وبين الأقسام العلمية البحتة، مما يؤدي إلى أبحاث عالية التأثير. بعد لقائي مع مستشاري المستقبلي إلياز وجلعادي، أدركت أن تخصصهم وحماسهم للجمع بين جميع الموارد المتاحة في جامعة تل أبيب يجعل القرار سهلاً."
ذهب روزن في الاتجاه المعاكس، لكنه يوصي الإسرائيليين بالذهاب إلى الدراسات المتقدمة وما بعد الدكتوراه في الولايات المتحدة: "بالنظر إلى التمويل، وخاصة مرحلة ما بعد الدكتوراه، من المهم جدًا إظهار الإبداع والاستقلالية. هناك العديد من المشاكل التي تخصص الحكومة الأمريكية الأموال لحلها. إن الأهداف العلمية للحكومة والوكالات التي تمولها (وزارة الطاقة، ARPA، NIH، إلخ) متاحة على شبكة الإنترنت، لذا أوصي أولئك الذين يرغبون في إجراء أبحاثهم على المواقع الإلكترونية للوكالات. إذا كان موضوع البحث يثير اهتمام إحدى هذه الوكالات، فهناك فرصة كبيرة لتلقي التمويل. "
- "على أية حال، من المهم تقديم اقتراحات إبداعية عند كتابة مقترح بحث يسعى إلى حل مشكلة مختارة. ومن المهم أيضًا الاعتماد على المنشورات الحكومية في الاقتراح لتظهر للممتحنين أنك قمت بواجبك المنزلي.
- "الاستفادة من نظام المعاهد الوطنية، إذا كان ذلك مناسبا. توفر المختبرات الوطنية للطلاب إمكانية الوصول إلى المعدات التي لا يمكن أن تمتلكها كل جامعة، مثل المجاهر الإلكترونية القوية، ومسرعات الخطوط، والسينكروترونات، و"أنظمة الاصطدام المحكم" بشكل أو بآخر مجانًا. يتم تشغيل هذا الجهاز على أساس تنافسي، ما عليك سوى إرسال اقتراح قصير حول الاستخدام المقصود للجهاز وستحصل المقترحات ذات أعلى الدرجات على وقت وصول.
- "تذكر دائمًا أنه في أي لحظة، 99% من الأبحاث تنتظر من الباحثين أن يعتنوا بها، ولكن أيضًا 99% من النتائج لن تكون كما توقعت."
- "أحب عملك. إذا لم يعجبك البحث، ولم يكن لديك شغف بما تفعله والتأثير الذي يمكن أن يوفره بحثك، فإن فرص نجاحك أو استمتاعك بعملك في محاولة تحقيق النجاح تكون ضئيلة. كن فخورًا بمشروعك وفكر دائمًا في أكبر تأثير ممكن له."
وسيشارك الدكتور بريان روزن في 10 تشرين الأول/أكتوبر في مؤتمر للدراسات المتقدمة في العلوم في الولايات المتحدة الأمريكية، لمركز EducationUSA، الذي يعمل في إطار مؤسسة التعليم الأمريكية الإسرائيلية (برنامج فولبرايت). وسيناقش المؤتمر خيارات البحث والتمويل في الولايات المتحدة، وعملية التسجيل والقبول والدراسة في الولايات المتحدة. المؤتمر مجاني. للتسجيل المسبق.
فولبرايت هو أول برنامج حكومي يتم إطلاقه لتعزيز العلاقات العلمية بين إسرائيل والولايات المتحدة. تتم إدارة مشاركة إسرائيل في هذا البرنامج من قبل مؤسسة التعليم الأمريكية الإسرائيلية.
تعليقات 16
قلها يا مجنون. في كل تحويل للطاقة هناك خسائر. إذا قمت بفحص توازن الطاقة في إنتاج الوقود من ثاني أكسيد الكربون فسوف تحصل على شيء أقل من 2%. يتطلب تجميع ثاني أكسيد الكربون طاقة. يتطلب التحويل إلى ثاني أكسيد الكربون طاقة. يتطلب إنتاج الهيدروجين طاقة. يتطلب التسييل والتخزين طاقة وما إلى ذلك.
ما هو أبسط، تخزين الطاقة في البطاريات، والمكثفات الفائقة، وما إلى ذلك. هنا الكفاءة أكبر من 85٪.
المستقبل ليس في الوقود السائل، وكل المطورين والمخترعين يهدرون موارد العلم وأموال مستثمريهم الأغبياء الذين لا يفقهون فيه شيئا.
إن قضية المناخ معقدة، لأنه عند استخدام الوقود الأحفوري، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون، وكذلك الكبريت. يسخن ثاني أكسيد الكربون، ويسبب الكبريت التبريد. أنا لست خبيرا. هذه مجرد نقطة للتفكير فيها. وعندما يقوم الإنسان تنتج نفايات لا تتحلل بسرعة، وتتكون تراكمات جديدة من ثاني أكسيد الكربون المحبوس.
مايكل روتشيلد، أشرت بشكل رئيسي إلى العنوان "...تطوير نظام لتحويل ثاني أكسيد الكربون من الهواء والهيدروجين من البحر إلى وقود."
وفي بقية المقال "هذه التقنية تخلق إمكانية وجود مصدر للطاقة وهو:..1..2..3" هذه عبارات عامة تتحدث عن كل شيء وفي نفس الوقت عن لا شيء. إنتاج أول أكسيد الكربون بالطاقة الكهربائية الزائدة؟ هل هناك أي فوائض؟ بعد ذلك، لنفترض أن هناك كهرباء رخيصة وقمنا بإنتاج أول أكسيد الكربون، هناك أول أكسيد الكربون وبه سنصنع وقودًا يسهل تدفقه.. كيف سنخلق؟ ومع الهيدروجين، كما يحاول المقال إقناعنا، سنحصل على وقود خفيف للنقل، ولكن من أين يأتي الهيدروجين؟ نعود مرة أخرى إلى نقطة البداية، حالياً لا يوجد هيدروجين...
أحسنت يا سيمور!
يكذب ويتهم الآخرين بالكذب.
أنتم مدعوون لتنفيذ وعدكم وعدم الرد.
سيمور، مع كامل احترامي، لقد أمضى شهرًا في إسرائيل، ولم أرغب في تذكيره بذلك. قليل من الأدب. إنه لا يشكك في ظاهرة الاحتباس الحراري، فهو ليس مجال خبرته وعلى عكس عالم الرياضيات الذي أجرت صحيفة ديلي ميل مقابلة معه وتوقع التبريد، فهو لا يريد التحدث عن مجال لا ينتمي إليه. إنه مهندس كيميائي، وثاني أكسيد الكربون هو أحد الغازات الدفيئة وهو خاصية فيزيائية له. المهم بالنسبة له هو إيجاد طرق لإنتاج أول أكسيد الكربون. ملحوظة: تمت مقابلته باللغة الإنجليزية فيما يتعلق بالقضايا المهنية.
روتشيلد أنا أتجاهل الكذابين مثلك
أبي، لقد كان هناك ارتفاع في درجة الحرارة بمقدار نصف درجة في المائة عام الماضية. لا أحد يجادل في ذلك.
أيهما يكتب بعناية لأنها أمريكا؟ لقد أجرى معك مقابلة مباشرة باللغة العبرية.
لن يفيدك كيف تدور الأمر يا أبي، لكن هؤلاء متشككون، وليسوا منكريين، وليسوا كافرين
سيمور، يكتب بعناية لأنه في أمريكا يجب أن يكون كل شيء صحيحًا سياسيًا وما يجب فعله هو أمر أمريكي. ومن المؤسف أن المناخ أصبح قضية سياسية في الولايات المتحدة. إن ارتفاع درجة الحرارة هو حقيقة، ولن يساعدك كيفية تدويرها. والحقيقة أنه يبحث عن حل للمشكلة، فبعد كل المستويات العالية من ثاني أكسيد الكربون لم تكن مشكلة، ولم تكن هناك حاجة لحلها.
اقرأ ما كتبته مرة أخرى.
ما كتبته ليس صحيحا.
اقرأ النص مرة أخرى، هذا العالم المحترم يذكر أنه *من الممكن* أن الزيادة في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي تسبب ظاهرة الاحتباس الحراري.
في كل مقال قرأته في علم المناخ، كان والدي يسمي هؤلاء الأشخاص منكرين وكفارًا
سيمور:
إنها مجرد مؤامرة!
معظم الناس لا يتحدثون حتى عن ذلك.
يدخل ما معدله 10,000 شخص يوميًا إلى موقع المعرفة. كم منهم يقول شيئا عن ظاهرة الاحتباس الحراري؟ كم منهم حتى يقول أي شيء؟
هل يعرّفهم والدي بأنهم منكرين وكفار؟
لأن من لا يصرح أن الاحتباس الحراري 100% ولا شك بسبب تركيز ثاني أكسيد الكربون في الجو، ففي مدرسة والدي هو منكر وكافر
عم:
يبدو لي أن هناك جملة في المقال قد تخطيتها:
"يوفر وقودًا صناعيًا يمكن نقله عبر البنية التحتية الحالية للبنزين لدينا (على عكس الطاقة الهيدروجينية التي تتطلب بناء خطوط أنابيب ومحطات وقود جديدة)."
سيمور:
لماذا يسمونه منكر المناخ إذا لم يفعل ذلك؟
يا والدي، هل ستسميه منكر المناخ أيضًا؟
"لقد زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من حوالي 300 جزء في المليون إلى حوالي 400 جزء في المليون في المائة عام الماضية، وقد يتسبب هذا في ظاهرة الاحتباس الحراري."
كل شيء على ما يرام حتى تصل إلى الجزء الثاني من المعادلة – الهيدروجين، هنا توقف المقال، وبحق فإن عملية استخراج الهيدروجين من البحر عملية مكلفة للغاية من حيث الطاقة وغير مربحة في شروط الطاقة. بمجرد أن يخترعوا طريقة رخيصة لإنتاج الهيدروجين من البحر، يصبح هناك مرشحون أفضل في الصف، خلايا الوقود على سبيل المثال، والتي تنتج كهرباء نظيفة تمامًا، الناتج الثانوي للعملية هو الماء مقارنة بالمنتج الثانوي أول أكسيد الكربون + الهيدروجين مرة أخرى نحصل على ثاني أكسيد الكربون الذي يتراكم في الغلاف الجوي.