طور فريق من المهندسين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة جديدة لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الهواء بتراكيزه المختلفة المرتفعة و المنخفضة منها.
هذه التقنية يمكن أن تشكّل سلاح هام لمواجهة مشاكل التغير المناخي.
وقد بدأت الدراسات حول تنقية الهواء من CO2 منذ أواخر تسعينات القرن الماضي إلا أن معظم الدراسات اعتمدت على تنقية الهواء المحمّل بتراكيز عالية من CO2 مثل الغازات الناجمة عن مداخن محطات الطاقة التي تعتمد على الفحم الحجري والنفط.
إلا أن ما يميّز هذه التقنية الحديثة أنها تعمل على تنقية الهواء عند أي مستوى تركيز منخفض ، حتى أقل من 400 جزء في المليون الموجودة حالياً في الغلاف الجوي.
يعتقد الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن هذه التقنية ستقدم تطبيقاً عملياً متطوراً لتنقية ثاني أكسيد الكربون من الهواء وفق البحث المنشور في مجلة علوم الطاقة والبيئة البريطانية.
ما هو المبدأ العلمي لتنقية الهواء من CO2 ؟
يقول ساهاج فوسكيان وهو باحث ما بعد الدكتوراه والذي طوّر هذه التقنية أن مبدأ تنقية الهواء يقوم على إمراره عبر ألواح كهروكيميائية مشحونة كهربائياً لتمتص CO2 من الهواء.
يتكون النظام من بطارية كبيرة متخصصة بامتصاص CO2 من الهواء ( او أي غاز آخر ) اثناء مروره فوق أقطابها أثناء الشحن ومن ثم تطلق الغاز اثناء تفريغها .
وأثناء التشغيل، يتناوب الجهاز ببساطة بين الشحن والتفريغ، حيث يتم نفخ الهواء النقي أو غاز التغذية من خلال النظام أثناء دورة الشحن، ثم يتم نفخ ثاني أكسيد الكربون النقي المركز أثناء التفريغ.
وفي التفاصيل إن الأقطاب الكهربائية مغلفة بمادة تسمى بوليانثراكينون ، وهو مركب من الأنابيب النانوية الكربونية.
أثناء شحن البطارية يحدث تفاعل كهروكيميائي على سطح كل مجموعة من الأقطاب الكهربائية التي تمتلك تقارباً طبيعياً لثاني أكسيد الكربون
وتتفاعل بسهولة مع جزيئاته في تيار الهواء حتى عندما تكون التراكيز منخفضة جداً وأثناء تفريغ البطارية يحدث التفاعل العكسي والذي يوّفر للجهاز جزء من الطاقة اللازمة لعمله
يعمل هذا النظام في درجة حرارة الغرفة وضغط الهواء الطبيعي.
ما الذي يميز التقينية الجديدة في تنقية الهواء ؟
يوضح فوسكيان أن “ما يميّز هذه التقنية مقارنة مع غيرها من تقنيات امتصاص الكربون الأخرى هي الطبيعة الثنائية لتقارب المادة الماصة لثاني أكسيد الكربون”.
أي أن مادة القطب الكهربائي بطبيعتها “إما أن تكون متقاربة جداً أو غير متقاربة على الإطلاق” ، بناءً على مرحلة شحن البطارية أو تفريغها.
هذا التقارب الثنائي يسمح بالتقاط ثاني أكسيد الكربون من أي تركيز حتى 400 جزء في المليون ، ويسمح بإطلاقه في أي تيار ناقل بتركيز حتى 100 في المائة من ثاني أكسيد الكربون”.
و يذكر أن اهم ميزات التقنية المذكورة لتنقية الهواء هي أنها لا تحتاج طاقة كبيرة ، ولا تطلق كميات حرارة كبيرة ضارة للبيئة
إضافة لأنها توفر كميات كبيرة من CO2 اللازمة لمصانع المشروبات الغازية التي تستخدمه لفوران المشروبات الغازية دون الحاجة إلى عمليات حرق الوقود الأحفوري.
وقد وصف الباحث فوسكيان التقنية الحديثة لامتصاص ثاني اوكسيد الكربون بأنها ثورية في ظل هذه الظروف المحيطة كونها لا تحتاج لمدخلات حرارية او كيميائية أو ضغط.
فقط هذه الألواح الكهروكيميائية ذات السطوح النشطة يمكن تكديسها في صندوق و وصلها بمصدر تيار كهربائي.
كما أن هذه التقنية موّفرة للطاقة تماماً حيث تستخدم حوالي جيجا جول واحد من الطاقة لكل طن من ثاني أكسيد الكربون مقارنةً مع الطرق الاخرى لامتصاص ثاني اكسيد الكربون والتي تحتاج طاقة بين 1 إلى 10 جيجا جول للطن.
ويأمل المهندسون في تطوير مصنع تجريبي لهذه التقنية في السنوات المقبلة لذا تم انشاء شركة Verdox لتسويق العملية.
وخلال العام الحالي ظهرت بعض التقنيات الجديدة لتنقية الهواء من ثاني أكسيد الكربون ، لكن هذه الابتكارات بحاجة إلى حضور عملي في أرض الواقع يتجاوز تقنيات امتصاص الكربون
بل ويعمل على تطويرها ويزيد فاعليتها.
- إعداد: المهندسة ساره السلوم
- تحرير: المهندس بشار الحجي