هل يتعارض الماء مع عملية إنتاج الوقود الحيوي؟

كجزء من جهود العلماء لفهم الكيمياء المسؤولة عن تحويل المواد النباتية إلى أنواع الوقود التي تقود مركباتنا (البنزين والديزل)، كشف الباحثون أن الماء المختلط أثناء خطوة التحويل ينتج مادة كيميائية تبطئ معدل المواد الكيميائية تفاعلات.

[ترجمة د.نحماني موشيه]
كجزء من جهود العلماء لفهم الكيمياء المسؤولة عن تحويل المواد النباتية إلى أنواع الوقود التي تقود مركباتنا (البنزين والديزل)، كشف الباحثون أن الماء المختلط أثناء خطوة التحويل ينتج مادة كيميائية تبطئ معدل المواد الكيميائية تفاعلات.

كجزء من جهود العلماء لفهم الكيمياء المسؤولة عن تحويل المواد النباتية إلى وقود تستخدمه مركباتنا (البنزين والديزل)، كشف الباحثون أن الماء المختلط خلال مرحلة التحويل ينتج مادة كيميائية تبطئ معدل من التفاعلات الكيميائية. ويمكن أن تؤدي نتائج البحث، التي نشرت في المجلة العلمية Journal of the American Chemical Society، إلى تحسن في عمليات إنتاج الوقود الحيوي من النباتات.

تناولت الدراسة تحويل النفط الحيوي الناتج من الكتلة الحيوية، مثل نشارة الخشب أو العشب، إلى وقود وسائل النقل. استخدم الباحثون عمليات المحاكاة الحاسوبية للتحقق مما يحدث لمنتج ثانوي شائع يتم الحصول عليه في إنتاج النفط الحيوي. يقوم الماء، في أي مرحلة من مراحل إنتاج الوقود الحيوي، بتحويل المنتج المطلوب إلى شوائب تعمل على تعطيل وتثبيط التفاعلات المؤدية إلى إنتاج الوقود الحيوي. ولا تشير النتائج إلى الماء فحسب، بل أيضًا إلى السوائل المماثلة المستخدمة في إنتاج الزيوت الحيوية، مثل القلويات وبعض الأحماض.

توفر الدراسة نظرة متعمقة على منتج الفينول المطلوب (ويكيبيديا) الذي يتفاعل مع المحفزات. المحفزات هي المواد التي يستخدمها الكيميائيون لتسريع التفاعلات التي تحول المواد النباتية إلى وقود، وهي تفاعلات حدثت في أعماق الأرض منذ ملايين السنين وأدت إلى ظهور الوقود الأحفوري الذي تستخدمه البشرية لإنتاج الطاقة.

وقال روجر روسو، أحد مؤلفي المقال، وهو باحث في المختبر الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية: "إننا نقترب من قلب أساسيات تحفيز الوقود الحيوي". "البحث يكشف لنا أنه من المستحيل تجنب تلقي هذه النجاسة (الفينول) ولذلك يجب التأكد من عدم تشكلها بكميات تسبب تعطيل التفاعل. وعلى الرغم من أن هذه مسألة أساسية للغاية، إلا أنها تسلط الضوء لنا على الطرق التي يمكننا من خلالها المساعدة في إطالة مدة نشاط المحفزات المستخدمة في إنتاج الزيوت الحيوية."

من أجل تحويل المواد النباتية إلى منتجات مشتقة من النفط - مثل البنزين والمنتجات البلاستيكية - يحتاج الكيميائيون العاملون في مجال الوقود الحيوي إلى فهم كل خطوة من خطوات العملية. أثناء تحضير الوقود الحيوي، يقوم الباحثون بتسخين المواد النباتية بسرعة في عملية تعرف باسم الانحلال الحراري (التحلل الحراري). وفي الخطوة التالية، يستخدمون المحفزات لتحويل الزيت الذي تم الحصول عليه في الخطوة الأولى إلى وقود وسائل النقل.

وتؤدي التفاعلات الكيميائية إلى استلام المواد الأولية للوقود بالإضافة إلى استلام منتج ثانوي يعرف بالفينول. الفينول في حد ذاته لا يمثل مشكلة كبيرة في الوقود، ولكنه موجود في الحاويات الكيميائية والمياه التي تخضع لمجموعة متنوعة من التفاعلات مع مرور الوقت حيث يتحول إلى مواد تسمى الكيتونات. تتفاعل الكيتونات النشطة مع بعضها البعض لتشكل سلاسل طويلة تعطل نشاط المحفزات وبالتالي تتداخل مع التفاعلات المهمة. وأراد الباحثون معرفة التفاصيل الجزيئية المتعلقة بآلية تحول الفينول إلى كيتونات. وفي النهاية اكتشفوا أن الجاني لا يقع على المحفزات.

استخدم العلماء المحاكاة الحاسوبية لمحاكاة التفاعلات بين الفينول والمحفزات والماء للحصول على صورة مفصلة للآلية. ومن أجل فحص دور الماء في التفاعل، قام الباحثون بمحاكاة التفاعلات المتطابقة في الفراغ حيث تكون المحفزات الصلبة في حالة غازية. وفي عمليات المحاكاة، يكون المحفز في الواقع قطعة من المعدن أو النيكل أو البلاتين. ترتد جزيئات الفينول أو الماء أو تهبط على سطح المعدن بشكل عشوائي، حيث تنكسر روابطها الكيميائية ويعاد تشكيلها بين الذرات المختلفة. بهذه الطريقة قد يتحول الفينول إلى كيتون. ووجد الباحثون أن وجود الماء يسرع بشكل كبير تكوين الكيتون من الفينول. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر الماء أيضًا على طريقة "تنشيط" المحفز لإلكتروناته، مما يؤثر على فعالية المحفز في تسريع التفاعل بين ذرات الفينول والهيدروجين التي "تجلس" على سطح المحفز.

يقول أحد الباحثين: "لقد فوجئت بمعرفة دور السوائل في نشاط المحفز المعدني". "نحن نعرف الكثير من التفاصيل المتعلقة بهذه التفاعلات في الحالة الغازية، وتقريبا لا شيء في الحالة السائلة. يمكن أيضًا تطبيق المبادئ التي اكتشفناها على التفاعلات الأخرى التي تتضمن المحفزات.
فيديو
الخبر الاصلي