يعمل النظام الجديد على مضاعفة كفاءة التقاط ثاني أكسيد الكربون، مما يقلل من استخدام الطاقة في دفع التكنولوجيا النظيفة
طور باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا نهجا كهروكيميائيا جديدا يمكن أن يجعل احتجاز ثاني أكسيد الكربون أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وقابلية للتطوير، مما يوفر بديلا للأنظمة التقليدية القائمة على الأمينات والتي تستخدم على نطاق واسع اليوم ولكنها تظل مكلفة وتستهلك الكثير من الطاقة. يعتبر احتجاز الكربون أداة رئيسية للتخفيف من آثار تغير المناخ، لكن التكنولوجيات الحالية تعاني من ارتفاع الطلب على الطاقة وقابلية التوسع المحدودة. وتتطلب الطريقة الصناعية الأكثر شيوعًا، وهي الغسل الأميني، مدخلات حرارية كبيرة لفصل ثاني أكسيد الكربون عن تيارات الغاز، مما يجعل من الصعب نشرها على نطاق واسع على الرغم من أهداف خفض الانبعاثات المتزايدة. ولمعالجة هذه القيود، يقوم الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا باستكشاف احتجاز ثاني أكسيد الكربون بوساطة كهروكيميائية (EMCC)، وهي طريقة تستخدم الكهرباء بدلاً من الحرارة لفصل الغاز. تم تصميم هذا النهج للتكامل مع أنظمة الطاقة المتجددة، مما قد يؤدي إلى خفض البصمة الكربونية الإجمالية لعملية الالتقاط. ومع ذلك، فإن أنظمة EMCC لها تحدياتها الخاصة. يعتمد الكثير منها على المواد الماصة التي تعمل في ظل ظروف شديدة الاختزال، والتي يمكن أن تؤدي إلى تفاعلات تقليل الأكسجين غير المرغوب فيها. تؤدي هذه التفاعلات الجانبية إلى تقليل الكفاءة ويمكن أن تؤدي إلى انخفاض أداء النظام على المدى الطويل، مما يحد من الاستخدام العملي. للتغلب على هذا الحاجز، قام فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بالتحقيق في فئة جديدة من المواد الماصة تسمى الإيمينات الحلقية غير المتجانسة (NHIs). ويقول الباحثون إن هذه الجزيئات يمكن ضبطها كيميائيًا وقد تمكن من فصل ثاني أكسيد الكربون الكهروكيميائي بشكل أكثر استقرارًا وفعالية دون الحاجة إلى ظروف تشغيل قاسية. “إن عملنا يترجم هذه NHIs لأول مرة إلى مساحة تطبيق EMCC، ويوضح أن المواد الماصة القائمة على NHI يمكن تعديلها كهروكيميائيًا لفصل ثاني أكسيد الكربون من خلال آلية فصل فريدة تتجنب الحاجة إلى تطبيق إمكانات التخفيض العالية.” ركز الفريق على بنية bis (NHI) التي يمكن نظريًا أن تمكن من التقاط جزيئين من ثاني أكسيد الكربون لكل إلكترون أثناء التشغيل، مما قد يؤدي إلى تحسين كفاءة الإلكترون في النظام. يقترح الباحثون أيضًا أن المزيد من الهندسة الجزيئية يمكن أن تعزز قوة ربط ثاني أكسيد الكربون وتسمح للنظام بالعمل عبر نطاق أوسع من بيئات الإلكتروليت. تحول التصميم الجزيئي تسلط الدراسة الضوء على كيفية تأثير التغيرات الجزيئية الصغيرة على أداء احتجاز الكربون على نطاق واسع. ومن خلال ضبط بنية مركبات bis(NHI)، يعتقد الباحثون أنه قد يكون من الممكن تحسين كفاءة الطاقة والمرونة التشغيلية في أنظمة EMCC. “إن الاتجاه المستقبلي الحاسم لعملنا ينطوي على اكتساب رؤية ميكانيكية أعمق حول مسارات الاستقرار والتدهور للكاتيونات الجذرية ثنائية (NHI).” سيكون فهم مسارات التحلل هذه أمرًا ضروريًا لتحسين المتانة، وهو أحد العوائق الرئيسية أمام نشر تقنيات احتجاز الكربون الكهروكيميائية في العالم الحقيقي. لا يزال هذا النهج في مرحلة مبكرة، ولكنه يشير إلى طريق محتمل لتقليل خسائر الطاقة المرتبطة باحتجاز ثاني أكسيد الكربون من الانبعاثات الصناعية أو مباشرة من الهواء. نحو احتجاز قابل للتطوير بينما تظل أنظمة الاحتجاز التقليدية هي المهيمنة، يشير عمل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى أن البدائل الكهروكيميائية يمكن أن توفر في النهاية مسارًا أكثر مرونة ومتجددًا لإزالة الكربون. ويكمن التحدي الرئيسي الآن في تحسين استقرار المواد وتوسيع نطاق الكيمياء بما يتجاوز ظروف المختبر. ويقول الباحثون إن المزيد من العمل سيركز على تحسين التصميم الجزيئي لإطالة العمر التشغيلي وتحسين أداء ركوب الدراجات، وكلاهما مطلوب للنشر العملي.
تم النشر: 2026-06-05 00:44:00
