باحثون يطورون نظاما لالتقاط ثاني أكسيد الكربون وتحويله إلى وقود
تاريخ النشر: 22nd, March 2024 GMT
في محاولة لتنظيف الغلاف الجوي من ثاني أكسيد الكربون المسبّب لظاهرة الاحتباس الحراري، قام فريق علمي من جامعة أوكلاند في نيوزلاندا بالتعاون مع باحثين في المؤسسات الصينية، بدمج الكيمياء الحاسوبية مع التجارب الكهروكيميائية لابتكار طريقة تحوّل ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الفورميك.
وجاء ذلك من خلال تطوير نظام يلتقط غاز ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ويحوله إلى حمض الفورميك ومنه إلى منتجات كيميائية مفيدة أو مواد أولية مثل الميثانول والإيثانول الذي يُمكن استخدامهما كوقود.
وتعتمد التقنية الجديدة على استخدام عملية التحليل الكهربائي أو الكهروكيميائي، بواسطة ابتكار غشاء تبادل البروتونات في الخلية الكهروكيميائية، وذلك لاختزال ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الفورميك في محفز مشتق من نفايات بطاريات الرصاص الحمضية.
ومن المتوقع أن يفتح هذا الابتكار إمكانيات مثيرة في المستقبل مثل استخدام الوقود الناتج عن السيارات ومحطات الوقود.
تُعرف الغازات الدفيئة بغازات الاحتباس الحراري، وهي غازاتٌ موجودة في الغلاف الجوي لكوكب الأرض، وأهمها غازات ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز والهيدروكلوروفلوروكربونات والهيدروفلوروكربونات والأوزون في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي.
وتتميز هذه الغازات بقدرتها على امتصاص الأشعة تحت الحمراء التي تُطلقها الأرض وتعيد إطلاقها، مما يؤدي لرفع درجة حرارة الأرض، وبالتالي تفاقم ظاهرة الاحتباس الحراري والاحترار العالمي.
وبحسب المنظمة العالمية للأرصاد الجوية تكمن المشكلة الرئيسية في تزايد تركيز غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي، وأبرزها غاز ثاني أكسيد الكربون الناتج عن احتراق الوقود الأحفوري سواء من المنشآت الصناعية أو من محطات الطاقة أو من وسائل المواصلات، إذ يُطلق منه سنوياً ما يزيد على 20 مليار طن في جوِّ الأرض، وهي نسبة تمثل 0.7% من كمية الغاز الموجودة طبيعيا في الهواء.
وبحسب دراسة سابقة نشرتها دورية ساينس دايركت، فقد طُورت تقنيات مختلفة لمعالجة التأثير السلبي لارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، ويشمل ذلك تحسين كفاءة الطاقة، واحتجاز ثاني أكسيد الكربون واستخدامه، وتطوير الطاقة الحيوية (مثل زراعة الطحالب لالتقاط ثاني أكسيد الكربون وتقليله)، أو العزل الجيولوجي من خلال احتجاز الكربون وتخزينه في باطن الأرض والمحيطات، أو استخدام مصادر الطاقة المتجددة والتي لا ينبعث منها ثاني أكسيد الكربون (مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح)، هذا بالإضافة إلى ابتكار طرق وأساليب التخلص من ثاني أكسيد الكربون عن طريق تحويله إلى مواد مفيدة.
ومن بين هذه الأمور تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الفورميك، مع إمكانية استخدامه وقودا للنقل وتخزين الطاقة، وهذا من شأنه أن يؤدي إلى تمكين صناعة البتروكيماويات من خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، والتقليل من تركيزه في الغلاف الجوي، وهو ما يجعل من هذه العملية ضرورة لمواجهة التحديات البيئية العالمية.
التحليل الكهربائي في الكيمياء والصناعة هي الطريقة التي يُستخدم بها تيار كهربائي لإطلاق تفاعل كيميائي، وذلك باستخدام خلية التحليل الكهروكيميائية، ولهذه العملية أهمية في فصل العناصر من أشكالها الموجودة في الطبيعة مثل الفلزات. كما يستخدم التحليل الكيميائي لتحضير مواد يصعب تحضيرها بالوسائل الكيميائية أو بسبب ارتفاع تكاليف الطرق الكيميائية، والأمثلة على ذلك موجودة في تحضير الألمونيوم والكلور ومحلول هيدروكسيد الصوديوم النقي.
وغالبا ما تستخدم في عملية التحليل الكهروكيميائي مادة محفزة، وهي مادة كيميائية تضاف بكميات قليلة للتفاعل الكيميائي بهدف تسريع التفاعل دون أن تتغير خواص المواد الكيميائية، بمعنى أنها قادرة على أن تزيد سرعة التفاعل الكيميائي عن طريق خفض طاقة التفاعل أو تنشيطه دون أن يحدث بها تغيير كيميائي دائم.
ووفقا لدراسة نشرتها دورية نيتشر يمكن للتحليل الكهربائي -الذي يختزل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد كيميائية مفيدة- أن يساهم في مستقبل أكثر استدامة، ويخفف من تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
ومع ذلك لا تزال هناك بعض المشكلات التي تواجه عملية اختزال ثاني أكسيد الكربون بواسطة التحليل الكهربائي، منها صعوبة ترسب ثاني أكسيد الكربون على شكل كربونات. ولحل هذه المشكلة طوّر الباحثون نظام غشاء تبادل البروتونات الذي يختزل ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الفورميك أثناء عملية التحليل الكهروكيميائي عن طريق تغذية ثاني أكسيد الكربون في الخلية الكهروكيميائية وتحويله إلى حمض الفورميك ومنه إلى وقود، تماما مثل شحن البطارية، وذلك باستخدام محفز مصنوع من نفايات بطاريات الرصاص الحمضية، وهو ما أتاح تحولا لم يكن ممكنا من قبل.
ويعتقد العلماء أن هذه العملية يمكن توسيع نطاقها للاستخدام الصناعي بطريقة فعالة من حيث الكلفة ومع التطبيقات المحتملة في السيارات ومحطات الوقود وصناعة البتروكيماويات، يمكن لهذه التكنولوجيا أن تساعد في التحول نحو اقتصاد خالٍ من الكربون وتقليل انبعاثات الغازات الدفيئة.
يقول الدكتور زيون وانغ من كلية العلوم الكيميائية في جامعة أوكلاند: "يفتح هذا الابتكار إمكانيات مثيرة لتقنيات محايدة للكربون، حيث يمكن استخدامه في المستقبل للسيارات وفي محطات الوقود".
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: رمضان 1445 هـ حريات الاحتباس الحراری فی الغلاف الجوی
إقرأ أيضاً:
الوزراء: وقود الطيران المستدام فرصة لخفض الانبعاثات الكربونية
أصدر مركز المعلومات ودعم اتخاذ القرار بمجلس الوزراء تحليلاً جديداً حول "وقود الطيران المُستدام" تناول من خلاله ماهية وقود الطيران المُستدام وكيف يتم تصنيعه، إلى جانب استعراض أهميته، وذلك في ظل مشاركة قطاع الطيران في الانبعاثات الكربونية العالمية، فضلاً عن تناول الخطوات التي اتخذتها مصر لأجل إنتاج وقود الطيران المُستدام في الآونة الأخيرة.
وأشار التحليل إلى أن جولي كيتشر - الرئيس التنفيذي للاستدامة في شركة إيرباص صرحت أن "وقود الطيران المستدام هو أكثر الطرق فاعلية لخفض انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون في صناعة الطيران".
شهَّد قطاع الطيران نموًّا ملحوظًا في السنوات الأخيرة، وعلى الرغم من التحسينات التي طرأت على كفاءة الطائرات، فإن الرحلات الجوية لا تزال أحد مصادر الانبعاثات الكربونية، وفي إطار التوجهات العالمية نحو خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، يمكن لشركات الطيران تقليص انبعاثاتها من خلال استخدام بديل منخفض الكربون والذي يُعرف باسم وقود الطيران المستدام (Sustainable Aviation Fuel).
وأوضح التحليل أن قطاع الطيران يُعد من القطاعات الحيوية في الاقتصاد العالمي؛ حيث يُسهم في نقل الأشخاص والبضائع عبر القارات، ومع ذلك، فإن له تأثيرات بيئية ملحوظة، خاصة فيما يتعلق بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2)؛ ففي عام 2022، شكل قطاع الطيران حوالي 2% من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، و12% من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في قطاع النقل على المستوى العالمي. وعلى الرغم من أن صناعة الطيران تمتلك حصة صغيرة نسبيًّا من الانبعاثات العالمية، فإنها واحدة من أكثر القطاعات تحديًا في إطار تخفيض انبعاثات الكربون، وذلك نظرًا للاحتياج إلى وقود سائل كثيف الطاقة لتشغيل طائرة ستحمل عدة مئات من الركاب والبضائع على بعد آلاف الأميال بسرعات عالية في مركبة يمكن أن تزن عدة مئات من الأطنان. وفي هذا الصدد، ظهرت الحاجة إلى اتخاذ العديد من التدابير التي من شأنها تخفيض الانبعاثات الكربونية لقطاع الطيران، وقد وضعت منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) هدفًا طموحًا للوصول إلى صافي انبعاثات كربونية صفرية لقطاع الطيران الدولي بحلول عام 2050.
وفي هذا السياق، يُمثل وقود الطيران المستدام فرصة بالغة الأهمية لخفض الانبعاثات الكربونية المرتبطة بالطيران للوصول إلى هدف صافي انبعاثات صفرية من ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2050.
أشار التحليل إلى أن وقود الطيران المُستدام هو وقود حيوي يستخدم لتشغيل الطائرات وله خصائص مماثلة لوقود الطائرات الأحفوري التقليدي ولكن ببصمة كربونية أصغر، كما يُعرَّف بأنه الوقود المتجدد أو المشتق من النفايات، بالشكل الذي يجعله يلبي معايير الاستدامة البيئية من خلال تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري خلال دورة الحياة بشكل كبير مقارنة بالوقود الأحفوري التقليدي. ويمكن إنتاج وقود الطيران المستدام من خلال عدد من المصادر، منها: الزيوت النباتية أو الدهون الحيوانية، النفايات العضوية أو البلاستيكية.
كما يعد وقود الطيران المستدام صديقًا للبيئة؛ حيث لا تتطلب المواد الخام التي يستخدمها الانتقاص من المحاصيل الغذائية أو الإنتاج، ولا يتطلب استخدامًا متزايدًا للموارد مثل المياه أو إزالة الأراضي، كما أنه لا يُعزز التحديات البيئية مثل إزالة الغابات أو فقدان إنتاجية التربة أو فقدان التنوع البيولوجي.
وفي حين أن الوقود الأحفوري يضيف إلى المستوى الإجمالي لثاني أكسيد الكربون، فإن وقود الطيران المستدام يعيد تدوير ثاني أكسيد الكربون الذي امتصته الكتلة الحيوية -مثل الخشب والنفايات الزراعية- المستخدمة في المواد الخام أثناء مسار حياتها، أي إن ثاني أكسيد الكربون الذي تمتصه الكتلة الحيوية أثناء مرحلة نموها يعادل تقريبًا الكمية المنتجة عند استخدام الوقود، وذلك من شأنه أن يجعل وقود الطيران المستدام محايدًا للكربون.
ذكر التحليل نقلًا عن الاتحاد الدولي للنقل الجوي، أنه يمكن لوقود الطيران المستدام أن يُسهم بنحو 65٪ من خفض الانبعاثات اللازمة للطيران للوصول إلى صافي انبعاثات كربونية صفرية بحلول عام 2050، وهو ما سيتطلب زيادة هائلة في الإنتاج من أجل تلبية الطلب، ومن المتوقع أن يحدث أكبر تسارع في إنتاجه في ثلاثينيات القرن الواحد والعشرين مع زيادة الدعم السياسي العالمي، وتحول وقود الطيران المُستدام إلى وقود منافس للوقود الأحفوري.
وأشار التحليل إلى أن أهمية وقود الطيران المستدام تتجاوز خفض الانبعاثات الكربونية؛ حيث إن عملية إنتاجه وتوريده من الموارد المتجددة والنفايات يمكن أن تخلق فرصًا اقتصادية جديدة في المجتمعات الزراعية، وتُحسن من الاستدامة البيئة، إلى جانب تعزيز أداء الطائرات. وذلك كما يلي:
-تخفيض الانبعاثات الكربونية وتحسين الاستدامة البيئية: يحد وقود الطيران المستدام المصنوع من مواد خام نباتية من إدخال الكربون إلى الغلاف الجوي، ذلك لأن النباتات تمتص ثاني أكسيد الكربون من خلال عملية التمثيل الضوئي أثناء النمو ثم يتم تحويلها إلى وقود مستدام للطائرات، والذي يطلق الكربون مرة أخرى إلى الغلاف الجوي عند احتراقه، وبهذه الطريقة، فمن خلال استخدام الكربون الموجود بالفعل في الغلاف الجوي بدلًا من الكربون الأحفوري المُستخدم في وقود الطائرات القائم على البترول، فإن وقود الطيران المستدام لا يسهم في زيادة المستوى الإجمالي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، علاوة على ذلك يعمل وقود الطيران المُستدام على تعزيز استخدام الموارد المتجددة؛ ذلك لأنه يتم إنتاجه من مصادر متجددة مثل الزيوت النباتية، والنفايات العضوية، والمواد الخام المستدامة، وهو ما يسهم في حماية البيئة.
-قد تكون انبعاثات ثاني أكسيد الكربون خلال دورة حياة الوقود المُستدام أقل بنسبة 80% من انبعاثات الوقود الأحفوري التقليدي، وحتى عند مزج الوقود المُستدام بنسبة 50% من الوقود الأحفوري التقليدي، فإن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون تنخفض بنسبة 40% مقارنة باستخدام الوقود الأحفوري التقليدي، وتظهر الأبحاث أن الجيل القادم من وقود الطيران المستدام يمكن أن يحقق تخفيضات في ثاني أكسيد الكربون بنسبة 85-95%. والذي سوف يتم تصنيعه من الكتلة الحيوية والتي تشمل الطحالب وبقايا المحاصيل والنفايات الحيوانية وبقايا الغابات، والنفايات اليومية، مثل عبوات المنتجات وبقايا الطعام.
- توليد إيرادات إضافية للمزارعين: من خلال زراعة محاصيل الكتلة الحيوية لإنتاج وقود الطيران المستدام، حيث يمكن للمزارعين كسب المزيد من المال خلال الأوقات غير الموسمية، من خلال توفير المواد الخام لسوق إنتاج وقود الطيران المُستدام، مع تحسين جودة التربة.
-تحسين أداء الطائرات: يحتوي العديد من أنواع وقود الطيران المستدام على كمية أقل من المكونات العطرية، التي تعد من العوامل المؤدية إلى تفاقم آثار تغير المناخ، وهو ما يُمكن الوقود من الاحتراق بشكل أنظف في محركات الطائرات، وبالتالي يسهُم في انخفاض الانبعاثات الضارة حول المطارات أثناء الإقلاع والهبوط.
وأضاف التحليل أنه على الرغم من الأهمية الكبرى لوقود الطيران المستدام، فإنه ما يزال لا يُستخدم على نطاقٍ واسع، ويرجع ذلك إلى العديد من العقبات التي يواجهها؛ ومنها ارتفاع التكاليف المرتبطة بالتقنيات اللازمة لإنتاجه؛ حيث يكلف إنتاجه ما لا يقل عن أربعة أو خمسة أضعاف تكلفة وقود الطائرات الأحفوري التقليدي، علاوة على قلة المعروض وعدم تنوع المواد الخام القائمة على النفايات واللازمة لإنتاج وقود الطيران المُستدام.
أشار التحليل إلى أن الحكومة المصرية اتخذت العديد من المبادرات والخطوات التنفيذية خلال الفترة الأخيرة للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وتعزيز الاستدامة البيئية، وذلك بما يتماشى مع الجهود العالمية لمكافحة تغير المناخ من خلال تعزيز مصادر الطاقة الصديقة للبيئة والمتجددة على المدى المتوسط والطويل؛ وفي هذا الإطار أعلن قطاع البترول والغاز المصري عن تأسيس الشركة المصرية لوقود الطائرات المستدام (ESAF)، وهي شركة مخصصة لإنتاج وقود الطيران المُستدام باستخدام المخلفات المحلية كمادة خام أساسية، مع توظيف أحدث التقنيات العالمية.
ويستهدف المشروع تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 400 ألف طن سنويًّا، وبتكلفة استثمارية تقدر بنحو 530 مليون دولار، ومن المتوقع أن يبدأ الإنتاج في غضون السنوات القليلة المقبلة. ويعكس تأسيس تلك الشركة التزام مصر باللوائح الدولية التي تلزم شركات الطيران العالمية بمزج وقود الطائرات التقليدي مع وقود الطائرات المستدام لتقليل الانبعاثات الكربونية الناجمة عن قطاع الطيران.
أكد التحليل في ختامه أنه على الرغم من أن تخفيض الانبعاثات الكربونية في قطاع الطيران يمثل تحديًا كبيرًا، فإن التوسع في استخدام وقود الطيران المستدام يُمثل خطوة مهمة نحو تحقيق الاستدامة في قطاع الطيران، وذلك نظرًا لمساهمته بشكلٍ كبير في تعزيز الاستدامة البيئية وتخفيض الانبعاثات الكربونية، علاوة على تحسين أداء الطائرات، وخلق فرص اقتصادية في المُجتمعات الزراعية. وعلى الرغم من التحديات التي تواجه إنتاجه، فيمكن أن يصبح وقود الطيران المستدام جزءًا أساسيًّا من مستقبل الطيران المستدام.
غضب يمني عارم إزاء استهداف الأعيان المدنية