إنتاج الوقود السائل من ثاني أكسيد الكربون

وفي البحث عن مصادر الطاقة والوقود البديلة والمستدامة، قد يكون أحد الحلول العملية هو تحويل ثاني أكسيد الكربون الغازي الدفيئة إلى وقود سائل. والآن تم اكتشاف طريقة لتحويل وحدتين من أول أكسيد الكربون إلى وحدة واحدة تتكون من ذرتي كربون

[ترجمة د.نحماني موشيه]
وفي البحث عن مصادر الطاقة والوقود البديلة والمستدامة، قد يكون أحد الحلول العملية هو تحويل ثاني أكسيد الكربون الغازي الدفيئة إلى وقود سائل. والآن تم اكتشاف طريقة لتحويل وحدتين من أول أكسيد الكربون إلى وحدة واحدة تتكون من ذرتي كربون.

من خلال عملية التمثيل الضوئي، تقوم النباتات بتحويل ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون إلى سكريات - تلك الجزيئات متعددة الكربون التي تغذي العمليات في الخلايا. أي أن ثاني أكسيد الكربون يعمل باعتباره المادة الخام للوقود الأحفوري الذي يعد جزءًا أساسيًا من الحياة الحديثة، وكمنتج ثانوي لعمليات احتراق هذا الوقود. إن القدرة على إنتاج وقود سائل اصطناعي من مواد كربونية مستقرة تم أكسدتها، مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) وأول أكسيد الكربون (CO)، تذكرنا بعملية التمثيل الضوئي التي تحدث في الطبيعة. منذ حوالي مائة عام، تم استخدام طريقة كيميائية تعرف باسم عملية "قوات فيشر" لتحويل غاز الهيدروجين وأول أكسيد الكربون إلى وقود سائل. ومع ذلك، فإن الآلية الدقيقة لهذه العملية لا تزال غير واضحة، وعلى عكس عملية التمثيل الضوئي، فإنها تتطلب استخدام ضغوط عالية (تصل إلى مائة ضعف الضغط الجوي) ودرجات حرارة عالية (300-100 درجة مئوية).

تم مؤخرًا نشر دراسات حول طرق التحويل البديلة التي تهدف إلى الحصول على الوقود السائل من المواد الأولية الكربونية المؤكسدة. وبمساعدة المحفزات الكهربائية المعتمدة على معدن النحاس، يمكن تحويل ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون إلى مواد متعددة الكربون. تحدث هذه العمليات في ظل ظروف معتدلة، لكن آليتها الدقيقة لا تزال غير واضحة. الآن، طور الباحثون في جامعة كاليفورنيا للتكنولوجيا نظامًا نموذجيًا يوضح الخطوات الأولى في هذه العملية. توفر النتائج، التي نُشرت منذ فترة طويلة في مجلة Nature، الأساس لتطوير التقنيات التي قد تحيد في المستقبل الآثار السلبية لتراكم ثاني أكسيد الكربون من غازات الدفيئة في الغلاف الجوي بفضل تحويلها مرة أخرى إلى وقود. على الرغم من وجود طرق لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون، إلا أن الخطوة الأساسية اللاحقة، وهي إزالة ذرة الأكسجين من أول أكسيد الكربون وتكوين رابطة كربون-كربون، هي أكثر صعوبة وتحديًا.

في بحثهم، تمكن العلماء من تصنيع اتحاد جديد يعتمد على معدن انتقالي، وهو ذرة معدنية (الموليبدينوم في هذه الحالة) مرتبطة بعدة جزيئات تعرف باسم الروابط - وهو اتحاد قادر على تشجيع تنشيط وانشطار المادة. جزيء أول أكسيد الكربون. يؤدي الأكسدة الكبيرة للجزيء إلى إضعاف كبير لروابط الكربون والأكسجين (CO) وبمجرد إضعافها، تنهار الرابطة بأكملها من خلال تفاعل مع مادة أخرى تعتمد على السيليكون. يؤدي هذا الانشطار إلى ظهور الكربيد الشديد - ذرة كربون واحدة مرتبطة بذرة معدنية - والتي بدورها تشكل رابطة مع مجموعة أول أكسيد الكربون الثانية المرتبطة بذرة المعدن. على الرغم من حقيقة أنه في الماضي، تم اقتراح كربيد البورون كبورون وسيط في الاختزال المترافق لأول أكسيد الكربون، إلا أن هذا هو أول عرض على الإطلاق لدور هذا البورون في هذه الآلية. مع تكوين رابطة الكربون-الكربون، تطلق ذرة المعدن المنتج المكون من ذرتين كربون. وبشكل عام، تقوم العملية بتحويل وحدتين من أول أكسيد الكربون إلى نتيجة مادة الإيثانول (HC≡C-OH) وتتم عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة الغرفة.

"على حد علمنا، هذا هو المثال الأول لتفاعل محدد جيدًا يحول وحدتين من أول أكسيد الكربون (مادة تحتوي على ذرة كربون واحدة) إلى منتج الإيثانول (مادة تحتوي على ذرتي كربون)، وهو جزيء قريب من وقود الإيثانول المهم. ويشير الباحث الرئيسي إلى أن حقيقة أن المنتج الذي يحتوي على ذرتي كربون يمكن إطلاقه من المعدن أمر مهم للغاية. ورغم أن المنتج الناتج ليس مفيدا في حد ذاته كوقود، إلا أن العملية تعد خطوة أخرى في تطوير القدرة على إنتاج وقود صناعي يتكون من عدة ذرات كربون من أول أكسيد الكربون.

ملخص المقال

أخبار الدراسة