التقنية

الكيمياء والشمس

 

يمكن للكيمياء التي تعمل بالطاقة الشمسية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد شائعة.

يستهلك تصنيع العديد من المواد الكيميائية المهمة لصحة الإنسان وراحته الوقود الأحفوري ، مما يساهم في عمليات الاستخراج وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون وتغير المناخ.
يستخدم نهج جديد ضوء الشمس لتحويل نفايات ثاني أكسيد الكربون إلى هذه المواد الكيميائية اللازمة ، مما قد يقلل الانبعاثات بطريقتين: باستخدام الغاز غير المرغوب فيه كمادة خام وأشعة الشمس ، وليس الوقود الأحفوري ، كمصدر للطاقة اللازمة للإنتاج.
أصبحت هذه العملية مجدية بشكل متزايد بفضل التقدم في المحفزات التي تنشط بأشعة الشمس أو المحفزات الضوئية.

طور الباحثون في السنوات الأخيرة محفزات ضوئية تكسر الرابطة المزدوجة المقاومة بين الكربون والأكسجين في ثاني أكسيد الكربون. هذه خطوة أولى مهمة في إنشاء مصافي تكرير “شمسية” تنتج مركبات مفيدة من غاز النفايات – بما في ذلك جزيئات “المنصة” التي يمكن أن تكون بمثابة مواد خام لتركيب منتجات متنوعة مثل الأدوية والمنظفات والأسمدة والمنسوجات.
عادةً ما تكون المحفزات الضوئية عبارة عن أشباه موصلات ، والتي تتطلب ضوءًا فوق بنفسجي عالي الطاقة لتوليد الإلكترونات المشاركة في تحويل ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك ، فإن الأشعة فوق البنفسجية نادرة (تمثل 5 في المائة فقط من ضوء الشمس) وضارة. لذلك كان تطوير محفزات جديدة تعمل تحت ضوء مرئي أكثر وفرة وحميدة هدفًا رئيسيًا. تتم معالجة هذا الطلب من خلال الهندسة الدقيقة لتكوين وهيكل وتشكل المحفزات الموجودة ، مثل ثاني أكسيد التيتانيوم.
على الرغم من أنه يحول ثاني أكسيد الكربون بكفاءة إلى جزيئات أخرى فقط استجابة للأشعة فوق البنفسجية ، إلا أن تعاطي المنشطات بالنيتروجين يقلل بشكل كبير من الطاقة المطلوبة للقيام بذلك. لا يحتاج المحفز المتغير الآن سوى الضوء المرئي لإنتاج مواد كيميائية مستخدمة على نطاق واسع مثل الميثانول.

في الوقت الحالي ، تجري الأبحاث الكيميائية الشمسية بشكل أساسي في المختبرات الأكاديمية ، بما في ذلك المركز المشترك للتمثيل الضوئي الاصطناعي ، الذي يديره معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا بالشراكة مع مختبر لورانس بيركلي الوطني. تعاون في هولندا بين جامعات ومؤسسات صناعية وبحثية وتقنية يسمى اتحاد Sunrise ؛ وقسم التفاعلات غير المتجانسة في معهد ماكس بلانك لتحويل الطاقة الكيميائية في مولهايم ، ألمانيا.
تعمل بعض الشركات الناشئة على نهج مختلف لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد مفيدة ، أي استخدام الكهرباء لتحريك التفاعلات الكيميائية. من الواضح أن استخدام الكهرباء لتشغيل التفاعلات سيكون أقل ملاءمة للبيئة من استخدام ضوء الشمس إذا كانت الكهرباء مشتقة من احتراق الوقود الأحفوري.

من المؤكد أن التطورات الحاصلة في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد كيميائية مدفوعة بأشعة الشمس سيتم تسويقها وتطويرها من قبل الشركات الناشئة أو الشركات الأخرى في السنوات القادمة بعد ذلك ، ستقترب الصناعة الكيميائية – من خلال تحويل ما هو اليوم من نفايات ثاني أكسيد الكربون إلى منتجات قيمة – خطوة أقرب لتصبح جزءًا من اقتصاد دائري حقيقي خالٍ من النفايات ، فضلاً عن المساعدة في جعل هدف توليد الانبعاثات السلبية حقيقة واقعة .

 

 

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى