مادة خارقة من الكربون.. عندما يضرب الصينيون عصفورين بحجر

يكفي أن تكتب على محرك البحث الخاص بالأبحاث العلمية "غوغل سكولار" مصطلح "تدوير ثاني أكسيد الكربون"، لتأتيك العشرات من قصص النجاح التي كان أبطالها باحثون نجحوا في ابتكار مجموعة من التقنيات والأساليب التي تهدف إلى تقليل انبعاثات الكربون، وإنشاء مسارات مستدامة لاستخدامه كمورد قيم، وبالتالي التخفيف من تأثيره على تغير المناخ.

وبينما بدت التقنيات التي توصل لها الباحثون واعدة، يواصل العلماء استكشاف حلول أكثر كفاءة وفعالية من حيث الكلفة والفائدة الاقتصادية والقابلية للتطوير بشكل صناعي، ويزعم باحثون صينيون أنهم وضعوا قدما على طريق الوصول إلى طريقة تتوفر فيها هذه الشروط.

وفي الدراسة التي نشرتها دورية "تشاينيز جورنال أوف كاتاليست"، وصف الباحثون من جامعة تشغيانغ الصينية طريقتهم لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى "ثنائي ميثيل إيثر"، وهي مادة هامة صناعيا يمكن وصفها بـ"المادة الخارقة".

ووصل حجم سوق ثنائي ميثيل إيثر العالمي إلى 6.6 مليارات دولار أميركي في عام 2023، ويتوقع المؤتمر الدولي للتعدين والموارد وصول السوق إلى 14.2 مليار دولار أميركي بحلول عام 2032، مما يُظهر معدل نمو بنسبة 8.5٪ خلال الفترة من 2024 إلى 2032. ويرجع ذلك بشكل أساسي لتنوع استخداماتها، حيث تدخل في العديد من الصناعات ومنها:

أولا: يدخل في تصنيع منتجات "الأيروسول" مثل مثبتات الشعر ومزيلات العرق ودهانات الرش. ثانيا: يستخدم كمبرد في أنظمة المضخات الحرارية ووحدات تكييف الهواء، لا سيما في البلدان التي تقيد فيها اللوائح البيئية استخدام المبردات التقليدية، بسبب قدرتها العالية على الاحتباس الحراري. ثالثا: يستخدم كمذيب في الصناعات المختلفة، خاصة في عمليات الاستخلاص أو كمنظف بسبب خصائصه المذيبة. رابعا: يمكن توظيفه كمادة خام في إنتاج المواد الكيميائية المختلفة، بما في ذلك الأوليفينات وكبريتات ثنائي الميثيل، والتي تستخدم في تصنيع البلاستيك والراتنغات والمنتجات الكيميائية الأخرى. خامسا: يمكن مزجه مع غاز البترول المسال ( البوتاجاز) لتحسين خصائص الاحتراق وتقليل الانبعاثات. سادسا: يمكن استخدامه كحامل هيدروجين في تطبيقات خلايا الوقود، وبالتالي يمكن أن يكون مفيدا للمركبات التي تعمل بالهيدروجين.

طريقتان شهيرتان للتصنيع

وبعيدا عن تدوير ثاني أكسيد الكربون، تُصنع هذه المادة الخارقة تقليديا عبر عمليتين رئيسيتين، هما:

أولا- تحويل الميثانول إلى "ثنائي ميثيل إيثر":
وتبدأ هذه الطريقة بإنتاج الغاز الاصطناعي (وهو خليط من أول أكسيد الكربون والهيدروجين) من الغاز الطبيعي أو الفحم أو الكتلة الحيوية أو المواد الخام الهيدروكربونية الأخرى، وبمجرد الحصول على الغاز الاصطناعي يُحول إلى ميثانول باستخدام محفزات (مواد تساعد في عملية التفاعل) مثل المحفزات القائمة على النحاس، ويخضع بعد ذلك الميثانول لمزيد من الجفاف التحفيزي (عملية كيميائية تتضمن إزالة جزيء الماء من مركب باستخدام مادة محفزة)، وذلك لإنتاج "ثنائي ميثيل إيثر". ثانيا- التجفيف المباشر للميثانول:
تعتمد هذه الطريقة على إنتاج "ثنائي ميثيل إيثر" مباشرة من خلال التجفيف، وتتضمن هذه الطريقة استخدام محفزات حمضية مثل الزيوليت لإزالة جزيء الماء من الميثانول، مما يؤدي إلى تكوين المركب المطلوب.

وغالبا ما يعتمد الاختيار بين هذه الطرق على عوامل مثل المواد الأولية المتاحة والكلفة وكفاءة العملية والاعتبارات البيئية، وتعد الطريقة غير المباشرة عبر الغاز الاصطناعي أكثر شيوعا في الإنتاج الصناعي واسع النطاق، نظرا لاستخدامها مواد أولية مختلفة، في حين أن عملية تجفيف الميثانول المباشر أقل شيوعا.

طريقة ثالثة.. ميزة إضافية

وفي إطار السعي العالمي نحو تخفيف انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لتأثيراته السلبية على المناخ، وصفت دراسات سابقة عده تجارب لتحويله إلى مادة "ثنائي ميثيل إيثر" الخارقة، وبذلك يمكن "ضرب عصفورين بحجر واحد"، حيث يتم التخلص من انبعاثات الكربون الضارة بمناخ الأرض، ومن ناحية أخرى إنتاج مادة مفيدة للغاية في الصناعات المختلفة. ومن هذه التجارب:

الهدرجة المباشرة: فقد قام علماء بتجربة عمليات الهدرجة المباشرة التي تتضمن التفاعل التحفيزي لثاني أكسيد الكربون مع الهيدروجين لإنتاج "ثنائي ميثيل إيثر"، واستُخدمت العديد من المحفزات بما في ذلك المحفزات القائمة على النحاس وجسيمات النحاس النانوية. التحفيز المتتالي: ويتضمن التحفيز المتتالي سلسلة من التفاعلات، حيث يُحوّل ثاني أكسيد الكربون أولا إلى ميثانول، ثم يخضع الميثانول للتكثيف لتكوين" ثنائي ميثيل إيثر"، واستُخدمت محفزات النحاس لتخليق الميثانول الأولي، تليها المحفزات الحمضية مثل "الزيوليت" لتجفيف الميثانول وتحويله إلى "ثنائي ميثيل إيثر". المحفزات ثنائية الوظيفة: تعتمد هذه الطريقة على المحفزات التي تجمع بين الوظائف الحمضية والمعدنية، واستكشاف جسيمات النحاس النانوية المدعومة بأكاسيد حمضية لتحقيق تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ثنائي ميثيل إيثر.

وواجهت هذه التجارب عده تحديات منها:

تحديات في تحقيق انتقائية عالية للمادة المطلوبة عند زيادة معدلات تحويل ثاني أكسيد الكربون، مما أدى إلى انخفاض الإنتاجية وتكوين منتجات ثانوية غير مرغوب فيها مثل الهيدروكربونات. حدوث تلبيد أو تكتل لجزيئات المحفز النانوية أثناء التفاعل، مما أدى إلى تقليل متانة المحفز وكفاءته.

المصدر: الجزيرة