قدّم باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا حلاً مبتكرًا لتحسين كفاءة أنظمة التقاط ثاني أكسيد الكربون باستخدام الأغشية النانوية. يهدف هذا الحل إلى زيادة كفاءة التقاط وإطلاق ثاني أكسيد الكربون بمقدار ستة أضعاف، مع تقليل التكاليف بنسبة لا تقل عن 20%.
مفهوم التقاط الكربون وتقنياته الحديثة
تُعتبر أنظمة التقاط الكربون ضرورية لمواجهة التغيرات المناخية عبر تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. تعتمد الكثير من هذه الأنظمة على استخدام المواد الكيميائية مثل الهيدروكسيدات التي تتفاعل بسهولة مع ثاني أكسيد الكربون لتشكيل الكربونات.
يتم معالجة الكربونات في خلية كهروكيميائية، حيث تتفاعل مع حمض لتكوين الماء وإطلاق ثاني أكسيد الكربون. هذه العملية قادرة على تحويل الهواء العادي إلى تيار من ثاني أكسيد الكربون النقي بنسبة 100%، مما يمكن استخدامه في تصنيع الوقود أو المنتجات الأخرى.
تحديات النظام التقليدي وحل الأغشية النانوية
يعمل كلا من خطوات التقاط وإطلاق الكربون في نفس المحلول المائي، لكن كل خطوة تتطلب تركيزًا مختلفًا من الأيونات لتحقيق الأداء الأمثل، مما يجعل من الصعب تشغيل كلا النظامين بكفاءة عالية في نفس الوقت.
قام فريق البحث بفصل النظامين عن بعضهما البعض وإضافة خطوة وسيطة باستخدام الأغشية النانوية لفصل الأيونات بناءً على شحنتها. هذا الفصل يسمح لكلا النظامين بالعمل في نطاقات كفاءتها المثلى.
التحقق من الكفاءة الاقتصادية والتقنية
أظهرت الاختبارات أن الفصل باستخدام الأغشية النانوية يمكن أن يتم بكفاءة تصل إلى 95%. بعد ذلك، قام الفريق بتطوير نموذج تقني اقتصادي لتقييم التأثير الكلي على الكفاءة والتكاليف.
أظهر التحليل أن تكلفة الأنظمة الحالية تصل إلى 600 دولار لكل طن من ثاني أكسيد الكربون المُلتقط، في حين أن النظام الجديد يمكن أن يخفض تلك التكلفة إلى حوالي 450 دولارًا.
إمكانية تطبيق واسعة وتأثيرات بيئية
يمكن تطبيق هذا النهج الجديد على أنظمة التقاط الهواء المباشر وأنظمة المصدر النقطي التي تعلق مباشرة بمصادر الانبعاثات مثل محطات الطاقة. كما يمكن أن يساعد في تحسين عمليات تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى منتجات مفيدة.
يمكن أن يؤدي هذا التطور إلى اعتماد كيميائيات أكثر أمانًا لالتقاط الكربون، مما يقلل من الأضرار البيئية والتسمم المحتمل للمواد الممتصة.
الخاتمة
يمثل الابتكار باستخدام الأغشية النانوية نقلة نوعية في مجال التقاط الكربون، حيث يوفر حلاً أكثر كفاءة واستقرارًا وأقل تكلفة. بفضل هذا التطور، يمكن أن يصبح التقاط الكربون أكثر انتشارًا ويساهم بشكل أكبر في الجهود العالمية لمكافحة التغير المناخي.
