ليس هناك شك في أن تغير المناخ مشكلة خطيرة للغاية (ومتزايدة). وفقا لتقرير صدر مؤخرا عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) ، حتى لو أصبحت جميع الدول الصناعية في العالم محايدة للكربون بين عشية وضحاها ، فإن المشكلة ستستمر في التفاقم. باختصار ، لا يكفي التوقف عن ضخ ميغا طن من ثاني أكسيد الكربون2 في الجو ؛ علينا أيضًا البدء في إزالة ما وضعناه بالفعل هناك.
هنا يأتي دور التقنية المعروفة باسم احتجاز الكربون (أو إزالة الكربون). قام فريق دولي من الباحثين من جامعة واترلو ، أونتاريو ، مستوحين من الطبيعة ، بإنشاء "ورقة مصطنعة" تحاكي قدرات تنقية الكربون للشيء الحقيقي. ولكن بدلاً من تحويل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 إلى مصدر وقود لنفسها ، تحولها الورقة إلى وقود بديل مفيد.
تم وصف بحث الفريق في ورقة ظهرت مؤخرًا في المجلة طاقة الطبيعة. قاد الفريق ييمين أ. وو ، الباحث في مركز مواد النانو في مختبر أرغون الوطني (ANL) في إلينوي وأستاذ الهندسة من معهد واترلو لتقنية النانو (WIN). وانضم إليه باحثون من المؤسستين ، بالإضافة إلى جامعة ولاية كاليفورنيا (نورثريدج) وجامعة مدينة هونغ كونغ.
في الطبيعة ، تحول النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 والماء إلى الجلوكوز والأكسجين من خلال عملية البناء الضوئي. هذا ممكن بفضل الصباغ الكلوروفيل ، الذي يمتص الضوء من الشمس بأطوال موجية متعددة (أزرق بنفسجي وبرتقالي أحمر) لتشغيل التفاعلات الكيميائية. ثم تستخدم النباتات الجلوكوز كمصدر للوقود ، بينما يتم إطلاق غاز الأكسجين.
كما أوضح وو ، استخدم هو وفريقه نفس الفكرة لتصميم أوراقهم الاصطناعية ، والتي تعتمد على عملية مشابهة جدًا ولكنها تنتج منتجات نهائية مختلفة. قال: "نسميها ورقة مصطنعة لأنها تحاكي الأوراق الحقيقية وعملية البناء الضوئي". "تنتج الورقة الجلوكوز والأكسجين. نحن ننتج الميثانول والأكسجين ".
إن مفتاح العملية (التي عمل عليها وو وزملاؤه منذ عام 2015) هو أكسيد الزهر ، وهو مسحوق أحمر رخيص مصمم هندسياً لكي يحتوي على أكبر عدد ممكن من الجسيمات من ثمانية جوانب. يتم إنشاء هذا المسحوق بواسطة تفاعل كيميائي عند إضافة الجلوكوز وأسيتات النحاس وهيدروكسيد الصوديوم وكبريتات دوديسيل الصوديوم إلى الماء الذي تم تسخينه إلى درجة حرارة محددة.
ثم يضاف هذا المسحوق إلى الماء حيث يعمل كمحفز حيث يتم ضخ ثاني أكسيد الكربون ويطلق جهاز محاكاة الطاقة الشمسية شعاعًا من الضوء الأبيض في المحلول. ينتج التفاعل الكيميائي الناتج غاز الأكسجين (من خلال التمثيل الضوئي) بينما CO2، يتم تحويل الماء ومسحوق المسحوق إلى ميثانول. بما أن للميثانول درجة غليان أقل من الماء ، يتم تسخين المحلول ويتم تجميع الميثانول أثناء تبخره.
تعكس هذه العملية بحثًا مماثلًا يتم إجراؤه في جامعة كامبريدج في المملكة المتحدة ، حيث طور الباحثون جهازًا يستخدم التمثيل الضوئي الناتج عن ضوء الشمس وامتصاص ضوء الكوبالت لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون2 الغاز في الغاز التخليقي. هذه المادة مصنوعة من خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وتستخدم في تصنيع أنواع الوقود البديلة والأدوية والبلاستيك والأسمدة.
وهو أيضًا مشابه لمفهوم "الشجرة الاصطناعية" الذي طوره كلاوس لاكنر ، مدير مركز Lenfest للطاقة المستدامة في جامعة كولومبيا. قبل سنوات ، اقترح لاكنر طريقة حيث يمكن لـ "الأشجار" ذات الأوراق البلاستيكية المغلفة بالراتنج إزالة ما يصل إلى 100 مرة مثل CO2 من الهواء كأشجار طبيعية. بمجرد أن تمتص الأوراق أكبر قدر ممكن من ثاني أكسيد الكربون ، يتم وضعها في الماء لإنتاج الوقود الحيوي.
عملية مثل هذه مثيرة لسببين. بادئ ذي بدء ، فإن إزالة ثاني أكسيد الكربون (المساهم الأساسي في الاحترار العالمي) من الغلاف الجوي سيساعد على إبطاء تغير المناخ. ثانيًا ، سيسمح الوقود البديل الناتج للناس بالاستمرار في الاعتماد على السيارات غير الكهربائية ، وبالتالي يمنحنا المزيد من الوقت للانتقال إلى المعيشة الخالية من الكربون. أو كما قال وو لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
من المتوقع أن تقلل هذه التقنية من ثاني أكسيد الكربون2 الانبعاثات من شركات النفط وشركات السيارات وشركات الصلب. كما يمكن أن يوفر وقودًا نظيفًا ومستدامًا ، وميثانولًا للمركبات والطائرات. كما يعتبر الميثانول كمادة وسيطة في الصناعة الكيميائية لصناعة البلاستيك والألياف. وهذا يوفر حلاً لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وإنتاج وقود مستدام للاقتصاد الأخضر ".
في المستقبل ، سيتم اتخاذ خطوات إضافية لزيادة إنتاج الميثانول وتسويق العملية المسجلة ببراءة اختراع بحيث يمكن استخدامها للأغراض الصناعية. وأضاف وو "إنني متحمس للغاية بشأن إمكانات هذا الاكتشاف لتغيير اللعبة". "إن تغير المناخ مشكلة ملحة ويمكننا المساعدة في الحد من ثاني أكسيد الكربون2 مع خلق وقود بديل. "
