كيف يمكن تحويل الغازات المُسببة للاحتباس الحراري إلى مواد أولية؟

ثاني أكسيد الكربون جديد “جد جاف” يُولد رد فعل يستهلك نوعين من النفايات، ثاني أكسيد الكربون والميثان، وينتج غازات يمكن استخدامها في صنع الوقود الاصطناعي وغيرها من المنتجات الهامة.

طور باحثون من جامعة غنت في بلجيكا، بقيادة الدكتور فلاديمير غالفيتا كربون النيكل المحفز الذي يُوَلد نظام رد فعل ينطوي على استخدام أكسيد الكالسيوم كمادة ماصة لثاني أكسيد الكربون وأكسيد الحديد باعتباره ناقل للأكسجين الصلب. لا تنطوي هذه العملية على تقلبات درجة الحرارة، مما يسمح بتحسين إنتاج أول أكسيد الكربون، ونظام تدفق ثنائي يزيل ردود الفعل الجانبية غير المرغوب فيها. نُشر عملهم هذا في العدد الأخير من جريدة العلوم.

في محاولة منها لتخفيض إنتاج ثاني أكسيد الكربون، طور العلماء أساليب لتحويله إلى مواد أولية مفيدة التي من الممكن استخدامها لإنتاج مصادر الطاقة الاصطناعية. هذه الطرق تتضمن خفض ثاني أكسيد الكربون. الطريقة الأكثر جدوى تجاريًّا هي عملية تسمى إعادة تشكيل الميثان الجاف، التي تنتج أول أكسيد الكربون والهيدروجين. هذا التفاعل لابد أن يكون “تفاعلا جافا” لأنه وبوجود الماء، يحبذ أكثر رد فعل التحول إلى الغاز. في هذا التفاعل يتفاعل أول أكسيد الكربون مع الماء لإعادة تشكيل ثاني أكسيد الكربون. وقد أُثبِت أن إقصاء المياه من هذه التفاعلات يؤدي إلى أن تكون منطقة نشطة للبحث.

في الدراسة الحالية، استخدم العلماء أكسيد الكالسيوم كمادة ماصة لثاني أكسيد الكربون التي تُشكل كربونات الكالسيوم. وهذا له فوائد عديدة حيث أعطى عائدًا أعلى لأول أكسيد الكربون وفرصة لإزالة المياه التي يتم تشكيلها من أكسدة الميثان.

أولًا، من وجهة النظر الاقتصادية والعملية، بسبب إزالة ثاني أكسيد الكربون من الموقع، غاز التغذية يمكن أن يكون أقل جودة. ثانيًا، تشكيل كربونات الكالسيوم يمكن أن يقترن مع إعادة تشكل الميثان والحد من أكسيد الحديد مما يؤدى إلى عملية أكثر ملاءمة طاقيًا. ثم، عندما تنقسم كربونات الكالسيوم إلى ثاني أكسيد الكربون وأكسيد الكالسيوم، يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون عن طريق حاملة الأكسجين وأكسيد الحديد. ووفقًا للمؤلفين، هذه هي النقطة التي يتم فيها تشغيل تغذية لغاز خامل لتجديد النظام.

حصلوا على عائد أول أكسيد الكربون أعلى بنسبة 45٪، ولكن هذا العائد يمكن أن يزيد عن طريق تحسين الظروف. نجاح هذا التفاعل يعود بالفضل إلى توظيف مبدأ انزياح التوازن أو مبدأ لو شاتيليه.
الأهم من ذلك، يبدو من تفاعل التدفق المزدوج أن لديه براعة في تسبيق ردود الفعل تتجلى في تحبيذ وتقليل تفاعلات التشكل الجاف إما عن طريق تغيير نسب المواد الخام أو الغاز أو عن طريق التغيير إلى تكوين متعدد المفاعل.

تطبيقات هذه التقنية، وفقا لمؤلف لوكاس بوليني هي >> مع هذه العملية، نكثف تحويل ثاني أكسيد الكربون عن طريق الاستفادة القصوى من الميثان للحد من الغاز. أول أكسيد الكربون الناتج يمكن استخدامه مباشرة أو جنبًا إلى جنب مع مصدر الهيدروجين الأخضر لإنتاج المواد الكيميائية أو الوقود <<.

بالإضافة إلى ذلك، يستخدم نظام التدفق الأولي محفز النيكل أقل تكلفة، لأن ترسب الكربون قد تم اقصاءه. نظامهم هو أكثر كفاءة لاستخدام ثاني أكسيد الكربون من إصلاح ردود فعل مسبقة جافة ويمكن أن تكون النموذج الأمثل لتحويل ثاني أكسيد الكربون.للمزيد من المعلومات: المقال العلمي للوكاس بوليني وآخرون.

للمزيد من المعلومات: المقال العلمي للوكاس بوليني وآخرون.

ملخص المقال العلمي

تحويل ثاني أكسيد الكربون بكفاءة من منتج للنفايات إلى مصدر كربون للمواد الكيميائية والوقود سيتطلب ظروف التفاعل اللازمة لتأثر على تخفيضه. نحن نطور تفاعلًا “جد جاف” للميثان لتعزيز إنتاج أول أكسيد الكربون من الميثان وثاني أكسيد الكربون. استخدمنا مركب النيكل وألومينات المنغنيزيوم باعتباره محفزًا لإعادة تشكيل الميثان، ومركب أكسيد الحديد مع ألومينات المنغنيزيوم باعتباره ناقل للأكسجين الصلب، ومركب أوكسيد الكاسيوم وأوكسيد الألومينيوم باعتباره مادةً ماصة لثاني أكسيد الكربون. الإقتران المتساوي لهذه العمليات الثلاث المختلفة أدى إلى زيادة إنتاج أول أكسيد الكربون مقارنة مع إعادة التشكل التقليدية عن طريق تجنب عودة التفاعلات مع الماء. التقليص من أكسيد الحديد كان مكثفًا عن طريق تحويل الميثان إلى الغاز المتزايد بدل النيكل واستخراج ثاني أكسيد الكربون وتخزينه ككربونات الكالسيوم. ثم تم استخدام ثاني أكسيد الكربون لأكسدة الحديد من جديد، وإنتاج أول أكسيد الكربون الذي يستغل تحولات التوازن الناتجة عن اجتياح الغاز الخامل (مبدأ انزياح التوازن أو مبدأ لو شاتيليه). إعادة التشكَل الجد جافة يستخدم ما يصل الى ثلاثة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون لكل ميثان ويقدم عائدًا كبيرًا من زمكان أول أكسيد الكربون، 7.5 مليمول في الثانية لكل كيلوغرام من الحديد في 1023 كلفن.

المترجم: أمين المهدي الصفحي
التدقيق: جمان الرشدان
المصدر