مفاعل جديد يعمل بالطاقة الشمسية يحول 93% من ثاني أكسيد الكربون و95% من نفايات الكتلة الحيوية إلى مركبات مفيدة
في السباق العاجل لتبريد كوكب يزداد حرارة، كان العلماء يحلمون منذ فترة طويلة بتحويل أحد الأشرار الرئيسيين إلى أصل ثمين. كان التحدي دائمًا يتمثل في الكمية الهائلة من الطاقة اللازمة لإجبار غازات الدفيئة المستقرة على الوصول إلى حالة أكثر فائدة. الآن، قام علماء جامعة نوتنغهام بتطوير مفاعل يعمل بالطاقة الشمسية يجمع بين مادتين محفزتين جديدتين لدفع تفاعلين مستقلين في وقت واحد. ويعمل النظام، الذي يعمل بالكامل بضوء الشمس، على تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مادة كيميائية قيمة في الوقت نفسه، مع تحويل نفايات الكتلة الحيوية إلى اللبنات الأساسية للمواد البلاستيكية المستدامة. ينجز هذا الجهاز هذا العمل الفذ من خلال استخلاص منتجين كيميائيين متميزين وقيمين من طاقة فوتون واحد من الضوء. مفاعل الغرفة المنقسمة تُعرف الآلة بأنها مفاعل كهروكيميائي ضوئي خالي من التحيز (PEC). إنه يعمل من خلال تصميم مقصورتين، حيث يقسم بشكل فعال تفاعلًا شمسيًا واحدًا إلى المنتصف لتحقيق هدفين في وقت واحد. يستخدم المفاعل ثنائي الحجيرة فوتونًا واحدًا من ضوء الشمس لتحفيز تفاعل متسلسل عالي الكفاءة. قال الدكتور ماداسامي ثانغاموثو، زميل الأبحاث في كلية الكيمياء بجامعة نوتنغهام، الذي صمم مفاعل PEC والعوامل الحفازة: “يوجد في قلب العملية قطب ضوئي ذو بنية نانوية مصنوع من نيتريد الكربون وأشباه الموصلات من أكسيد التنغستن، معزز بطبقة من أكسيد الكوبالت، مقترنة بكاثود في الحجرة الثانية”. تبدأ العملية التي تعتمد على الطاقة الشمسية عندما يضرب فوتون من الضوء القطب الضوئي، مما يولد إلكترونًا متحررًا وفراغًا ذريًا يسمى الثقب. بينما ينتقل الإلكترون إلى الكاثود لتقليل ثاني أكسيد الكربون، يقوم الثقب المتبقي في نفس الوقت بأكسدة جزيء الكتلة الحيوية 5-هيدروكسي ميثيل-2-حمض الفورويك (HMFA)، وبالتالي تنفيذ ترقيتين كيميائيتين متميزتين في نفس الوقت. عندما يضرب الضوء الحجرة الأولى، فإنه يؤكسد جزيء النفايات الحيوية إلى مادة أولية للجيل التالي من المواد البلاستيكية. يطلق هذا التفاعل إلكترونًا، والذي ينتقل إلى الحجرة الثانية لتقليل ثاني أكسيد الكربون إلى فورمات، وهي مادة كيميائية متعددة الاستخدامات تستخدم في المنسوجات والدهانات والمستحضرات الصيدلانية. مصمم خصيصًا للعالم الحقيقي، يعمل المفاعل على الطاقة الشمسية فقط، دون الحاجة إلى حرارة خارجية أو كهرباء، ويحقق حوالي 93 بالمائة تحويل لثاني أكسيد الكربون و95 بالمائة أكسدة للكتلة الحيوية. يوفر استخدام طاقة الفوتون مخططًا مستدامًا وعالي الكفاءة لتصنيع المواد الكيميائية الخالية من الانبعاثات. علاوة على ذلك، تستخدم العديد من الإنجازات المعملية الحديثة معادن نادرة وباهظة الثمن مثل البلاتين أو الإيريديوم لتوجيه كيمياءها. تبدو هذه المواد رائعة في المجلات الأكاديمية، ولكنها غير عملية على الإطلاق بالنسبة للتوسع الصناعي العالمي. صمم فريق نوتنغهام موادهم بالكامل من عناصر رخيصة الثمن متوفرة بكثرة في الأرض. أبقى العلماء تكاليف الإنتاج منخفضة مع الحفاظ على معدلات كفاءة عالية من خلال طريقة فريدة: قاموا بتجميع ذرات المعدن المحفز في أحجام وأشكال مصممة خصيصًا مباشرة على أسطح المفاعل. لقد أثبت تقييم دورة الحياة الكاملة بالفعل صحة البصمة الكربونية المنخفضة للنظام. الرؤية طويلة المدى هي شبكة تصنيع لامركزية. ويمكن في نهاية المطاف ربط هذه المفاعلات المعيارية مباشرة بمداخن المصانع النشطة والمصافي الحيوية الزراعية المحلية. في النهاية، ينظر الفريق إلى هذا الاكتشاف باعتباره خطوة حيوية نحو تحقيق أهداف صافي الانبعاثات العالمية من خلال تسخير الطاقة الشمسية بشكل مباشر لمواجهة التحديات المزدوجة المتمثلة في الحد من غازات الدفيئة وتثمين النفايات. ونُشرت الدراسة في مجلة Communications Materials في 12 يونيو.
تم النشر: 2026-06-12 09:54:00
