تمكن علماء من جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية من صناعة مادة جديدة قادرة على تحويل غاز ثاني اكسيد الكربون إلى وقود «الفورمات-Formate [HCOO–]»، الذي يمكنه الإحتراق بدون أي انبعاثات ضارة بالبيئة. هذه المادة الجديدة تم صنعها من طبقات من الكوبالت الميكروسكوبية ويمكن استخدامها كمصدر للطاقة النظيفة.
لعقود زمنية طويلة حاول العلماء تحويل غاز ثاني اكسيد الكربون إلى صورة مفيدة يمكن استخدامها كوقود مرة أخرى، قد تكون هذه المادة الجديدة إحدى طرق المساهمة في معالجة 36 جيجا طن من غاز ثاني أكسيد الكربون يتم إطلاقها في الغلاف الجوي نتيجة استخدام الوقود الأحفوري بشكل سنوي!
تكمن مشكلة إنتاج وقود من غاز ثاني أكسيد الكربون في تنشيطه ليصبح CO2–، والذي يعتبر أنيون رئيسي وسطي لأي عملية تحويل إضافية في سلسلة التفاعلات التي تنتج الفورمات. عملية التنشيط هذه تتطلب «فرط جهد-Overpotentioal» عالٍ نسبيًا وغير عملي. يعرف فرط الجهد على أنه الجهد الإضافي المطلوب لتحرير مادة معينة من القطب الكهربائي في الخلية الإلكتروليتية، أي كمّ من الطاقة تحتاجها لإتمام عملية معينة؟ قيمة فرط الجهد تعتمد على المادة المصنوع منها القطب الكهربائي وعلى كثافة التيار. ولكن عند تخفيض فرط الجهد تجد أن معدل تحل ثاني أكسيد الكربون اليCO2– انخفضت .
تتكون هذه المادة من طبقات رقيقة جداً من معدن الكوبالت الخالص وخليط معدنين من أكسيد الكوبلت و الكوبلت. يتم التركيز على معدن الكوبالت في مثل هذه التجارب، لأن له موصلية كهربائية عالية نسبياً بسبب توزيعه الإلكتروني حول النواة، وأيضًا لأنه يعتبر هو وأكسيده من العوامل الحفازة التي تستخدم بشكلٍ واسع. عندما تخضع هذه المادة لعملية «الإختزال الكهربائي-Electroreduction»، تنتج وقوداً يمكن أن يزودنا بكمية طاقة أكبر من تلك المستخدمة لإستخلاصه. تتم عملية الاختزال الكهربائي بتمرير تيار كهربائي صغير خلال المادة لتغير التركيب الجزيئي لثاني أكسيد الكربون. عندما يتم تطبيق التيار الكهربائي على مادة الكوبالت النانوية، تتفاعل جزيئات المادة مع ثاني أكسيد الكربون المارة بحرية داخلها. نتيجة لذلك تتحد ذرة هيدروجين مع ذرة الكربون في ثاني أكسيد الكربون، دافعة بذلك إلكترون إضافي لإحدى ذرات الأكسجين وبالتالي يتكون (CHOO-) المعروف بالفورمات (أنيون حمض الفورميك).
توصلت التجارب المعملية إلي أن فرط جهد 0.24 فولت فقط كافي للتفاعل الإلكتروكيميائي، كما أن المادة قادرة على تحمل كثافة تيار تصل إلى 10 ملي أمبير لكل سنتي متر مربع لمدة 40 ساعة. اتضح للعلماء أن سبب خفض فرط الجهد هو استخدام الطبقات الرقيقة جداً من الكوبالت عوضاً عن استخدام كتل ضخمة نسبياً، حيث يتم اعتبار فرط الجهد كطاقة ضائعة نتيجةً لبطئ التفاعلات الإلكتروكيميائية، وبالتالي يفضل خفضه. لكن لجعل النظام أكثر كفاءة يجب اختيار فرط جهد صغير بقدر ا
لإمكان بحيث يظل مناسبًا للحفاظ على معدل إنتاج الوقود كفء. وهذا كان السبب الرئيسي لفشل عملية الإختزال الكهربائي لثاني أكسيد الكربون في الماضي كما ذكر في السابق . ومن المتوقع ان تكون هذه المادة الجديدة قادرة على التغلب على هذه المعضلة، حيث أنها ليست فقط جيدة في خفض فرط الجهد مع كفاءة إنتاج مرتفعة، ولكنها تتميز بنسبة ثبات عالية أيضاً، ومن الصعب الحصول على مادة تستطيع تحقيق الثلاثة أهداف في نفس الوقت.
يتطلع العلماء في الصين لبدء إنتاج تكنولوجيا اقتصادية تتيح لنا البدء في استخدام بعضاً من ثاني أكسيد الكربون المنتشر حولنا في الغلاف الجوي والذي يعتبر من أكبر أسباب المشاكل البيئية في الوقت الحاضر.
إعداد/ترجمة: Mohamed Ashraf Gamal
مراجعة علمية : جوزيف حليم
مراجعة لغوية: Muhammad Sadeq
تصميم: Muhammad Sadek
المصادر:
#الباحثون_المصريون
