طريقة صديقة للبيئة لتصنيع الهيدروكسيلامين.. تعتمد على الهواء والماء
تاريخ النشر: 10th, June 2024 GMT
اقترح فريق علمي من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين، نموذجا جديدا لإنتاج "الهيدروكسيلامين" بطريقة مستدامة، تعتمد على الهواء المحيط والماء، ونشروا تفاصيل الطريقة في دورية "نيتشر سيستنابيلتي".
و"الهيدروكسيلامين" وسيط كيميائي مهم، ويُستخدم على نطاق واسع في المجالات الكيميائية الدقيقة للطب والمبيدات الحشرية والمنسوجات والعديد من المجالات الأخرى، ويُنتج بثلاث طرق تقليدية، أشهرها المعروفة باسم "راشيكج"، بالإضافة إلى طريقتي اختزال أكسيد النيتريك، واختزال حمض النيتريك.
ولكل طريقة من الطرق الثلاث عيوبها البيئية، وهو ما دفع فريق البحث بقيادة البروفيسور تسنغ جي والبروفيسور جينغ تشيغانغ، إلى العمل على تطوير طريقة جديدة مستدامة ببصمة كربونية منخفضة.
كيفية إنتاجه بالطرق التقليديةوسميت عملية "راشيكج" التقليدية لإنتاج "الهيدروكسيلامين"، على اسم الكيميائي الألماني فريدريش راشيج، وهي طريقة كلاسيكية تتضمن تفاعل الأمونيا مع "هيبوكلوريت الصوديوم" لتكوين "الكلورامين"، والذي يُختزل بعد ذلك بواسطة "ثنائي كبريتيت الصوديوم" لإنتاج "هيدروكسيلامين".
ورغم فعالية هذه الطريقة، فإنها معروفة بخسارة كبيرة للنيتروجين وتوليد منتجات ثانوية ضارة بالبيئة، مما يجعلها أقل استدامة في التصنيع الكيميائي الحديث.
أما الطريقة الثانية فتعتمد على اختزال "أكسيد النيتريك" مع الهيدروجين في وجود محفز لإنتاج "الهيدروكسيلامين"، وتُنفذ هذه الطريقة عادة تحت ظروف الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية لتحقيق تحويل فعال، وتولِّد هذه العملية انبعاثات كربونية كبيرة وتتطلب مدخلات كبيرة من الطاقة، مما يثير المخاوف بشأن تأثيرها البيئي واستدامتها.
وتعتمد طريقة اختزال "حمض النيتريك" على استخدام محفز معدني مثل "البلاتين" أو "البلاديوم"، وغالبا ما يتضمن خطوة وسيطة حيث يُختزل "أكاسيد النيتروجين" إلى "حمض النيتريك"، قبل مزيد من الاختزال إلى "هيدروكسيلامين".
وعلى غرار الطرق التقليدية الأخرى، ترتبط هذه الطريقة بارتفاع انبعاثات الكربون واستهلاك الطاقة، مما يمثل تحديات من حيث الاستدامة البيئية والكفاءة.
تجاوز الباحثون مشاكل الطرق التقليدية عبر طريقة خضراء ومستدامة تستخدم الهواء والماء فقط كمواد خام من خلال تطوير عملية جديدة، وفصّل الباحثون خطواتها في بيان نشرته جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين على النحو التالي:
أولا: تثبيت نيتروجين البلازمايقوم الباحثون بإدخال الهواء إلى جهاز تفريغ البلازما، حيث يوجد في الداخل سلسلة من الأطراف المتوازية التي تنشئ العديد من الصواعق الصغيرة التي تعمل على كسر الروابط القوية في جزيئات النيتروجين الموجودة في الهواء.
وتعمل هذه العملية على تحويل النيتروجين من الهواء إلى حمض النيتريك، حيث يتدفق الهواء عبر الآلة ويُحوِّل جزيئات النيتروجين إلى حمض النيتريك الذي يُمتص في محلول مائي، ويصبح هذا المحلول حمضيا عندما يتشكل حمض النيتريك.
ثانيا: جمع حمض النيتريكيحسّن الباحثون تدفق الهواء عبر الجهاز لإنتاج محلول بأعلى تركيز ممكن من حمض النيتريك يصل إلى 20.3 ملّي مول لكل لتر. وبعد عدة دورات مدة كل منها 30 دقيقة (إجمالي 20 دورة) يحصلون على محلول حمض النيتريك المستقر، ويُعد محلول حمض النيتريك هو العنصر الرئيسي الأول اللازم للخطوة التالية.
ثالثا: الإنتاج النهائييُخفف محلول حمض النيتريك ويخلط مع إلكتروليتات محددة، ويَستخدم الباحثون بعد ذلك محفزا رقيقا من معدن البزموت لتحويل حمض النيتريك إلى هيدروكسيلامين. ومن خلال تمرير تيار كهربائي عبر هذا الخليط لمدة 5 ساعات، تمكن الباحثون من إنتاج "هيدروكسيلامين" بتركيز أقصى يبلغ 77.7 ملي مول لكل لتر.
ووفق ما سبق من خطوات، فإن الطريقة الجديدة لإنتاج "الهيدروكسيلامين" تحقق العديد من المزايا البيئية والاقتصادية التي يشير إليها أستاذ الهندسة الكيميائية بجامعة الزقازيق المصرية خالد صديق في حديث هاتفي مع الجزيرة نت.
والمزايا البيئية كما أشار إليها صديق هي:
انخفاض انبعاثات الكربون: تنطوي الطرق التقليدية مثل طرق اختزال أكسيد النيتريك وحمض النيتريك، على انبعاثات كربونية عالية بسبب استخدام الوقود الأحفوري والعمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة، ويَستخدم المسار البديل الكهرباء والهواء والمياه، مما يقلل بشكل كبير من انبعاثات الكربون. تقليل فقدان النيتروجين: تؤدي عملية راشيكج المعروفة بفقدها الكبير للنيتروجين، إلى التلوث البيئي، وتَستخدم الطريقة الجديدة النيتروجين من الهواء المحيط بكفاءة، مما يقلل من النفايات والأثر البيئي. استخدام الهواء المحيط والماء: من خلال استخدام الموارد المتاحة والمتجددة مثل الهواء والماء، تتجنب الطريقة الجديدة استخراج المواد الخام ومعالجتها، مما يقلل من البصمة البيئية الإجمالية. ظروف أكثر اعتدالا: تعمل عملية التوليف الجديدة في ظل ظروف معتدلة (درجة الحرارة والضغط المحيطين)، وهو ما يتناقض مع متطلبات الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية للطرق التقليدية، وهذا يقلل من استهلاك الطاقة والآثار البيئية المرتبطة بها. لا توجد منتجات ثانوية ضارة: لا تنتج هذه العملية منتجات ثانوية ضارة، على عكس الطرق التقليدية التي يمكن أن تولّد مواد ضارة بالبيئة مثل أكاسيد النيتروجين والمركبات المكلورة.أما عن مزايا التكلفة التي يشير إليها صديق فهي:
استهلاك أقل للطاقة: فالتشغيل في ظل ظروف معتدلة واستخدام الكهرباء يقلل من متطلبات الطاقة، مما يترجَم إلى توفير في كلفة إنفاق الطاقة. القضاء على المواد الخام باهظة الثمن: غالبًا ما تتطلب الطرق التقليدية مواد خام وكواشف باهظة الثمن (مثل الأمونيا وهيبوكلوريت الصوديوم والهيدروجين)، بينما تستخدم الطريقة الجديدة الهواء والماء المحيطين، وهما رخيصان ووفيران، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف المواد الخام. عملية ومعدات مبسطة: يؤدي استخدام جهاز تفريغ البلازما ونظام التحفيز الكهربائي إلى تبسيط عملية الإنتاج، وقد يؤدي إلى انخفاض تكاليف التشغيل والصيانة مقارنة بالطرق التقليدية الأكثر تعقيدا التي تتضمن مفاعلات عالية الضغط ومحفزات متطورة. قابلية التوسع والاستقرار: أظهرت العملية الجديدة استقرارا على مدار دورات متعددة، مما يشير إلى أنه يمكن توسيع نطاقها بكفاءة دون حدوث تدهور كبير في الأداء، مما قد يؤدي إلى خفض تكاليف التشغيل على المدى الطويل.ويظل تحقيق هذه المزايا مرهونا بإجابة الباحثين على مجموعة من التساؤلات التي تتعلق بتحديات الإنتاج على نطاق صناعي، ومنها ما يتعلق بالتحديات الهندسية الأساسية في توسيع نطاق النظام الجديد للإنتاج الصناعي، والحلول التي يمكن تطويرها لمواجهة هذه التحديات، لا سيما فيما يتعلق بتصميم المعدات.
ويقول صديق إنه يتعين على الباحثين أيضا التحديد الدقيق للفوائد الاقتصادية المحتملة لهذه الطريقة في السياق الصناعي، وحجم الإنتاج اللازم لتحقيق القدرة التنافسية من حيث الكلفة، وتنفيذ الابتكارات أو التعديلات التي يمكن أن تزيد من خفض التكاليف وتحسين الجدوى الاقتصادية.
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: حريات الطریقة الجدیدة الطرق التقلیدیة الهواء والماء هذه الطریقة مما یقلل یقلل من
إقرأ أيضاً:
وزير البترول: التحول في مجال الطاقة أولوية استراتيجية وهذا لا يعني التخلي عن المصادر التقليدية
أكد المهندس كريم بدوي، وزير البترول والثروة المعدنية، أن التحول في مجال الطاقة لا يعني التخلي عن المصادر التقليدية بل انتهاج أساليب لإنتاجها واستهلاكها بصورة أكثر كفاءة واستدامة بيئية، مشيرا إلى أن التحول في مجال الطاقة أولوية استراتيجية وليس رفاهية.
جاء ذلك في مقال لوزير البترول والثروة المعدنية، نشر في مركز المعلومات ودعم اتخاذ القرار بمجلس الوزراء، تحت عنوان «استراتيجيات التحول الطاقي طموحات.. مبادرات.. تحديات»، وذلك في افتتاحية العدد الخامس من مجلة المركز «سياسات مناخية».
وأوضح وزير البترول، خلال مقاله، أن التحديات المتتالية التي تواجه قطاع الطاقة على المستوى العالمي جعلت التحول في مجال الطاقة أولوية استراتيجية وليس رفاهية، مضيفاً أنها أولوية فرضتها ضرورات تأمين إمدادات الطاقة للدول وشعوبها، ومن هنا يجب أن تكون سياسات الطاقة قادرة بشكل حقيقي على التعامل مع ما يُعرف باسم «المعضلة الثلاثية - Energy trilemma» التي تواجه قطاع الطاقة على مستوى العالم والمتمثلة في: كيف يمكن أن نوفر طاقة آمنة وموثوقة لا تنقطع؟ وأن تبقى تكلفتها مناسبة في متناول الجميع؟ وكيف نحقق ما سبق دون الإخلال بواجباتنا في الوقت الحاضر مع الحفاظ على بيئة مستدامة للأجيال القادمة، والوفاء بالالتزامات المناخية الدولية؟.
وأوضح وزير البترول، خارطة طريق لدعم أهداف التحول في مجال الطاقة، مشيرًا إلى أنه مع تولي الحكومة الحالية ومنحها الأولوية الكبيرة لملف الطاقة بمختلف جوانبه، كان لابد من وضع خارطة طريق لدعم أمن الطاقة، والتحول التدريجي في القطاع، لذا شرعت وزارة البترول والثروة المعدنية في إطلاق وتنفيذ استراتيجية عمل جديدة لتعزيز القدرة على تحقيق تلك المعادلة الضرورية في قطاع الطاقة، والتي تتألف من ستة محاور رئيسة يأتي في مقدمتها: تكثيف أعمال الاستكشاف البترولي، والإنتاج لزيادة القدرات الإنتاجية بما يُمكن من تلبية احتياجات المواطنين المرتبطة بإمدادات الوقود بأقل تكلفة، وتعظيم الاستفادة من البنية التحتية في مجال تكرير البترول، وإنتاج البتروكيماويات لأقصى طاقة ممكنة.
وتبرز أهمية مشروعات الهيدروجين الأخضر، والوقود الأخضر والمستدام التي تواصل الوزارة العمل عليها في إطار تعزيز إجراءات انتقال الطاقة، ودعم الاحتياجات الأساسية للوقود، ثم يأتي محور تطوير قطاع التعدين لرفع مساهمته في الناتج المحلي الإجمالي، حيث بات معلومًا للجميع أهمية قطاع التعدين للتحول في قطاع الطاقة، بما يوفره من معادن حيوية تدخل في صناعة الطاقة الشمسية والمتجددة.
وفي القلب من هذه الاستراتيجية يأتي المحور الرابع ليدعم التوسع في استخدامات الطاقة المتجددة، في إطار عمل تكاملي مستمر مع الدكتور محمود عصمت وزير الكهرباء والطاقة المتجددة، للوصول بنسبة الطاقة المتجددة في مزيج الطاقة المصري إلى 42% بحلول عام 2030، ومع دمج الطاقة المتجددة بشكل أكبر في قطاع الطاقة سنتمكن من خفض الاعتماد على الوقود التقليدي في توليد الطاقة، وخاصة الغاز الطبيعي، وتوجيهه نحو الاستخدامات الصناعية ذات القيمة المضافة، وهو ما يُسهم في تقليل فاتورة الاستيراد، وخفض الانبعاثات من قطاع الطاقة، بما يتفق ورؤية الدولة المصرية للتنمية المستدامة.
وأضاف «بدوي»، أن تحقيق المحاور الأربعة السابقة لا يكتمل دون ركيزة أساسية، والتي جاء المحور الخامس ليكملها، حيث يتناول السلامة وكفاءة الطاقة، وخفض الانبعاثات، وهو محور متعدد الأولويات إذ يبدأ بسلامة العاملين لأن أهم ما نحرص عليه هو أن يعود كل عامل إلى أسرته سالمًا، ثم ننتقل إلى هدف لا يقل أهمية عن السابق، وهو رفع كفاءة استخدام الطاقة، وتقليل الانبعاثات الكربونية في أنشطة البترول والغاز، وهما مصدران سيظلان حاضرين لعقود مقبلة، لكن وفق أساليب مستدامة، وفي المحور السادس من استراتيجية العمل نواصل تعزيز التكامل الإقليمي باعتباره ركيزة أساسية للتحول الطاقي.
وأشار «بدوي»، في مقاله، إلى أن التحول في مجال الطاقة لا يعني التخلي عن المصادر التقليدية بل انتهاج أساليب لإنتاجها واستهلاكها بصورة أكثر كفاءة واستدامة بيئية فكفاءة استخدام الطاقة باتت فرصة ذهبية لتحقيق تحول تدريجي وآمن، واتخذت وزارة البترول العديد من الخطوات لتحسين كفاءة الطاقة فعلى المستوى الاستراتيجي تم إصدار استراتيجية كفاءة الطاقة لقطاع البترول، وعلى المستوى التنفيذي تم تنفيذ نحو 358 مشروعًا وإجراءً لتحسين كفاءة الطاقة بالعمليات الإنتاجية، مما أسفر عن تحقيق وفر يصل إلى 138 مليون دولار أمريكي، كما تم التعاون مع المملكة العربية السعودية لإعداد برنامج وطني لكفاءة استخدام الطاقة في مصر ليكون نموذجًا في إدارة الطاقة المستدامة، ومن هذا المنطلق يتم تعزيز سبل التعاون مع كافة الشركاء من جهات حكومية ومؤسسات عالمية وشركات من القطاع الخاص لدعم جهود وأنشطة الوزارة في مجال التحول الطاقي.
كما استعرض وزير البترول، خلال مقاله مشروعات إنتاج الهيدروجين والوقود الأخضر، موضحًا أنه في ظل التوجه العالمي المتسارع نحو حلول الطاقة النظيفة تولي الدولة المصرية ووزارة البترول والثروة المعدنية اهتمامًا بالغًا بملف الهيدروجين كأحد الركائز الرئيسة للتحول الطاقي وخفض الكربون، ففي أغسطس 2024 تم الإعلان عن الاستراتيجية الوطنية للهيدروجين منخفض الكربون، والتي شاركت وزارة البترول والثروة المعدنية في إعدادها واضعة نُصب أعينها رؤية طموحة لأن تصبح مصر من الدول الرائدة في هذا المجال الواعد، فهذه الاستراتيجية لا تقتصر فقط على البُعد البيئي بل تحمل في طياتها فرصًا اقتصادية واعدة من بينها توفير أكثر من 100 ألف فرصة عمل وتعزيز توطين صناعة مكونات إنتاج الهيدروجين وتأمين مصادر جديدة ومستدامة للطاقة في مصر.
وفي إطار دعم مناخ الاستثمار شاركت وزارة البترول في إعداد مشروع قانون يحفز إنتاج الهيدروجين الأخضر ومشتقاته عبر حزمة من التيسيرات من بينها حوافز نقدية، وإعفاءات ضريبية، ومزايا الحصول على الموافقة الموحدة (الرخصة الذهبية) لتيسير الإجراءات.
كما شاركت الوزارة في تقديم المقترح المتضمن إنشاء «المجلس الوطني للهيدروجين الأخضر ومشتقاته»، الذي أُنشيء بالفعل برئاسة رئيس مجلس الوزراء وبعضوية عدد من الوزراء المعنيين ليقود التنسيق على أعلى مستوى لدفع هذا الملف إلى الأمام.
وترجمة لهذه الجهود في قطاع البترول عمليًا، يبرز مشروع «دمياط للأمونيا الخضراء» كأحد النماذج الرائدة، فمن خلال شراكة بين الشركة المصرية القابضة للبتروكيماويات، وسكاتك النرويجية، وموبكو، يُجرى تنفيذ المشروع لإنتاج 150 ألف طن سنويًا من الأمونيا الخضراء، باستثمارات تقارب 910 ملايين دولار أمريكي.
وخلال زيارة رئيس الجمهورية إلى النرويج ديسمبر الماضي تم توقيع اتفاقية المبادئ مع شركة «يارا» لتسويق الإنتاج بالكامل وهو ما يمثل ضمانة قوية لنجاح المشروع، كما تنفذ الوزارة من خلال الشركة المصرية القابضة للبتروكيماويات أول مشروع لإنتاج وقود الطائرات المستدام من زيت الطعام المستعمل، ومشروع إنتاج الإيثانول الحيوي.
وتناول وزير البترول، تحديات التحول في مجال الطاقة، مؤكداً على أن الوزارة تُدرك التحديات العالمية المرتبطة بهذا التحول، وعلى رأسها ارتفاع تكاليف الإنتاج لمشروعات الوقود الأخضر، لا سيما الهيدروجين الأخضر، وتكاليف إنشاء البنية التحتية، وشبكات نقله وتخزينه، مما يتطلب البدء في تطويرها بتكاليف كبيرة على دولنا النامية، فضلًا عن غياب أسواق منظمة للهيدروجين الأخضر ومشتقاته، والحل يكمن في ضمان وجود مشترين، وتوقيع اتفاقيات شراء مسبقة، إلى جانب دعم مباشر من الدول المتقدمة، كونها الأكثر طلبًا حاليًا للهيدروجين الأخضر ومشتقاته.
وتمضي وزارة البترول في تعزيز التعاون مع الشركاء الدوليين سواء في تأمين عقود شراء، وتبادل الخبرات، وأفضل الممارسات، بما يدعم تنفيذ مشروعات فعلية تضع مصر في مكانة إقليمية كمركز لتداول الهيدروجين الأخضر ومشتقاته.
ورغم التوسع العالمي في آليات التمويل الأخضر وتزايد مبادرات الدعم الموجهة لمشروعات الطاقة المستدامة، فإن التحدي لا يزال قائمًا أمام العديد من الدول النامية للنفاذ إلى مصادر التمويل الميسر لتنفيذ المشروعات في هذا المجال، فتوفير التمويل الأخضر يتطلب مرونة، وإتاحة تمويل منخفض التكلفة للقارة الإفريقية، بالتوازي مع إتاحة الدعم التكنولوجي، وتوطين للصناعة، وبناء القدرات، وهو ما تنادي به مصر في المحافل الدولية.
وأوضح «بدوي»، في ختام مقاله أنه في ظل الدعوات المتزايدة للإسراع بتحول الطاقة، نؤكد مجددًا على أهمية هذا التوجه وأولويته، لكن مع ضرورة تبني نهج واقعي وعادل في الوقت نفسه يأخذ في الاعتبار خصوصية أوضاع الدول النامية، واحتياجاتها التنموية، فتحول الطاقة لا يُمكن أن يكون بمعزل عن ضمان حق الشعوب في الحصول على طاقة آمنة ونظيفة، إلى جانب توفير تمويل ميسر يضمن تنفيذ مشروعات التحول الطاقي دون تحميل هذه الدول أي أعباء إضافية.
اقرأ أيضاًوزير البترول يستعرض رؤية القطاع مع مجموعة من الكتاب والخبراء
وزير البترول يبحث مع «كابيتال دريلينج» توسيع أنشطة الشركة في مصر
من يمنح الإرهابيين تأشيرة عبور؟