تحويل ثاني أكسيد الكربون والميثان إلى منتجات قيمة بشكل فعال
حيثما لا يمكن منع إنتاج غازات الدفيئة الضارة ، يجب تحويلها إلى شيء مفيد: هذا النهج يسمى “احتجاز الكربون واستخدامه”. هناك حاجة إلى محفزات خاصة لهذا الغرض. حتى الآن ، ومع ذلك ، كانت المشكلة أن طبقة من الكربون تتشكل بسرعة على هذه المحفزات – وهذا ما يسمى “فحم الكوك” – ويفقد المحفز تأثيره. في TU Wien ، تم اتباع نهج جديد: تم إنتاج جسيمات نانوية معدنية صغيرة على بلورات البيروفسكايت من خلال معالجة مسبقة خاصة. يضمن التفاعل بين السطح البلوري والجسيمات النانوية أن يحدث التفاعل الكيميائي المطلوب بدون تأثير التكويك المخيف.
الإصلاح الجاف: تصبح غازات الدفيئة غازات تخليقية
ثاني أكسيد الكربون (CO 2 ) والميثان هما من الغازات الدفيئة التي يصنعها الإنسان والتي تساهم بشكل أكبر في تغير المناخ. غالبًا ما يحدث كلا الغازين معًا ، على سبيل المثال في مصانع الغاز الحيوي. يقول البروفيسور كريستوف رامشان من معهد كيمياء المواد في TU Wien: “ما يسمى بإعادة التشكيل الجاف للميثان هو طريقة يمكن استخدامها لتحويل كلا الغازين إلى غاز تخليقي مفيد في نفس الوقت”. “الميثان وثاني أكسيد الكربون يتحولان إلى هيدروجين وأول أكسيد الكربون – ومن ثم يصبح من السهل نسبيًا إنتاج الهيدروكربونات الأخرى منها ، وصولاً إلى الوقود الحيوي.”
تكمن المشكلة الكبرى هنا في استقرار المحفزات: “المحفزات المعدنية التي تم استخدامها لهذه العملية حتى الآن تميل إلى إنتاج أنابيب نانوية كربونية دقيقة” ، كما يوضح فلوريان شرينك ، الذي يعمل حاليًا على أطروحته في فريق راميشان. تترسب هذه الأنابيب النانوية في صورة غشاء أسود على سطح المحفز وتحجبه.
بلورات البيروفسكايت كمفتاح للنجاح
لقد ابتكر فريق TU Wien الآن محفزًا بخصائص مختلفة جوهريًا: “نستخدم البيروفسكايت ، وهي بلورات تحتوي على الأكسجين ، والتي يمكن تخدرها باستخدام ذرات معدنية مختلفة” ، كما يقول كريستوف راميشان. “يمكنك إدخال النيكل أو الكوبالت ، على سبيل المثال ، في البيروفسكايت – وهي معادن استخدمت أيضًا في التحفيز من قبل.”
تسمح المعالجة المسبقة الخاصة للبلورة بالهيدروجين عند حوالي 600 درجة مئوية لذرات النيكل أو الكوبالت بالانتقال إلى السطح وتشكيل جزيئات نانوية هناك. حجم الجسيمات النانوية أمر بالغ الأهمية: تم تحقيق النجاح مع الجسيمات النانوية التي يبلغ قطرها من 30 إلى 50 نانومتر. يحدث التفاعل الكيميائي المرغوب بعد ذلك على هذه الحبيبات الصغيرة ، ولكن في نفس الوقت يمنع الأكسجين الموجود في البيروفسكايت تكوين الأنابيب النانوية الكربونية.
يقول فلوريان شرينك: “لقد تمكنا من أن نظهر في تجاربنا: إذا اخترت الحجم المناسب للجسيمات النانوية ، فلن يتم إنشاء غشاء كربون – لم يعد فحم الكوك يمثل خطرًا”. “علاوة على ذلك ، فإن الجسيمات النانوية مستقرة ، وبنية المحفز لا تتغير ، ويمكن استخدامها بشكل دائم.”
لبنة مهمة لمصفاة الغد الحيوية
يمكن استخدام محفزات البيروفسكايت الجديدة في أي مكان يتم فيه إنتاج الميثان وثاني أكسيد الكربون في وقت واحد – وهذا هو الحال غالبًا عند التعامل مع المواد البيولوجية ، على سبيل المثال في مصانع الغاز الحيوي. اعتمادًا على درجة حرارة التفاعل المحددة ، يمكن للمرء أن يؤثر على تكوين غاز التخليق الناتج. وبهذه الطريقة ، يمكن أن تصبح المعالجة الإضافية لغازات الدفيئة الضارة بالمناخ وتحويلها إلى منتجات قيمة لبنة مهمة لبناء اقتصاد دائري مستدام.
