كرات بوكي لاحتجاز الغازات الدفيئة

أظهرت دراسة جديدة أن الأمينات المرتبطة بالفوليرينات الكروية (كرات بوكي) قادرة على امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الانبعاثات الصادرة عن المنشآت الصناعية وآبار الغاز الطبيعي.

[بقلم الدكتور نحماني موشيه]

وأظهرت التجارب التي أجريت في نطاقات ضغط تتراوح من 50 إلى 1 ضغط جوي، أن المركب الجديد الذي تم تطويره في جامعة رايس ينجح في احتجاز ثاني أكسيد الكربون بكمية تعادل خمس وزنه، دون احتجاز كميات قابلة للقياس من غاز الميثان. في مختبر الكيميائي أندرو بارون، تم اكتشافه كجزء من نوع من الأبحاث لإثبات المفهوم أن المركبات الغنية بالأمينات تكون فعالة بشكل خاص في احتجاز غازات الدفيئة عند دمجها مع جزيئات الفوليرين -60. ونشرت نتائج المقال في المجلة العلمية Scientific Reports.

يقول الباحث الرئيسي: "كان لدينا هدفان". "الأولى، تطوير مركب يكون انتقائيًا تمامًا في تفاعله مع الكربون
ثاني أكسيد الكربون مقارنة بتفاعله مع الميثان عند أي ضغط وعند أي درجة حرارة. وكان الهدف الثاني هو تقليل درجة الحرارة المرتفعة التي تتطلبها المحاليل الأمينية الأخرى من أجل إطلاق ثاني أكسيد الكربون المحتجز. ومن دواعي سروري أننا تمكنا من تحقيق هذين الهدفين".

تم اكتشاف الكربون 60، وهو الجزيء على شكل كرة القدم والمعروف أيضًا باسم بيكمينسترفوليرين ("كرة بيكي")، في جامعة رايس من قبل الحائزين على جائزة نوبل ريتشارد سمالي، روبرت كيرل، وهارولد كروتو في عام 1985. إن الانحناء المطلق لكرات بيكي قد يجعلها الخيار الأفضل هو ربط جزيئات الأمين التي تلتقط ثاني أكسيد الكربون وفي نفس الوقت تسمح لغاز الميثان المرغوب بالمرور عبرها. استخدم الباحثون كرات بيكي كنقاط ربط بين الأمينات المختلفة، وهي جزيئات ذات أساس نيتروجيني. ابتكر الباحثون مادة إسفنجية دافئة تحتوي على أمينات كارهة للماء (تتجنب الماء) تدفع الأمينات المحبة للماء (الباحثة عن الماء) إلى السطح، حيث يمكن أن ترتبط جزيئات ثاني أكسيد الكربون وتلتقطها ذرات النيتروجين المكشوفة. عندما بدأ الباحثون في ربط الكربون والأمينات منذ عدة سنوات، لاحظوا نتيجة مثيرة للاهتمام: كان جزيء الجرافين المسطح قادرًا على امتصاص ثاني أكسيد الكربون جيدًا، وامتصت الأنابيب النانوية أحادية الجدار الغاز بدرجة أفضل، وامتصت الأنابيب النانوية الرقيقة الغاز بأفضل مستوى. . ويشير الباحث إلى أن "هذه النتيجة تشير إلى أن الانحناء كان مهما بالنسبة لمستوى الارتباط". "إن مركب الكربون 60، كونه كرة مثالية، لديه أعلى كروية ممكنة من جميع المواد على أساس ذرات الكربون وحدها."

وأشار الباحث إلى أن المركب الجديد حقق نتائج أفضل مقارنة بالمركبات المرشحة الأخرى القادرة على احتجاز الكربون والتي تعتمد على الأطر المعدنية العضوية (MOFs). "إن مادتنا فعالة مثل أفضل المواد الموجودة، ولكنها أكثر انتقائية من ذلك بكثير. قال الباحث: "ببساطة، لا يتم امتصاص غاز الميثان فيه". وبالإضافة إلى ذلك، فإن المركب الجديد قادر أيضًا على امتصاص ثاني أكسيد الكربون الرطب.

ويقول الباحث الرئيسي إن قدرة المركب على إطلاق الغاز بكفاءة لصالح إعادة استخدامه مهمة أيضًا. يوضح الباحث الرئيسي: "لقد لاحظنا منذ وقت طويل أنه إذا قمنا بربط مجموعات الأمين بأنابيب الكربون النانوية أو الجرافين، فإنها تقلل من درجة الحرارة التي يذوب فيها ثاني أكسيد الكربون". يجب تسخين مرافق التنقية الصناعية للمواد الأمينية إلى درجة حرارة 140 درجة مئوية من أجل إطلاق ثاني أكسيد الكربون المحتجز؛ ومن المحتمل أن يؤدي خفض درجة الحرارة هذه إلى توفير الطاقة المطلوبة وتقليل التكلفة المالية الإجمالية.

"بالمقارنة مع تكلفة المواد الموثوقة المستخدمة اليوم، فإن تكلفة الكربون 60 هي بالتأكيد أكثر تكلفة"، يوضح الباحث. "ومع ذلك، فإن تكاليف الطاقة ستكون أقل لأنك تحتاج إلى طاقة أقل لإطلاق الغاز المحبوس." ويوضح أن أجهزة التنقية الأمينية تسبب فقدان هذه المواد أثناء التسخين، لذلك لا بد من تجديدها بانتظام، وهذا القيد يسبب ارتفاع التكاليف. ويستمر الباحثون ويحاولون إيجاد طرق لتحسين القدرة على الاستيعاب وزيادة معدلها.

• المقال كاملا
• أخبار الدراسة