طور باحثون من جامعة كامبريدج “ورقة اصطناعية” يمكنها تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود سائل من خلال تسخير قوة ضوء الشمس. الأهم من ذلك ، يمكن استخدامها مباشرة من قبل مركبات الاحتراق الداخلي كوقود قابل للإسقاط.
في الأساس ، كرر الباحثون عملية التمثيل الضوئي عن طريق تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء وضوء الشمس إلى نوعين من الوقود متعدد الكربونات – الإيثانول والبروبانول. تم وصف هذه العملية أحادية الخطوة باستخدام التمثيل الضوئي الاصطناعي في مقال بحثي نُشر في المجلة طاقة الطبيعة الأسبوع الماضي.
“هذه أول دراسة لإثبات المفهوم حيث نعرض توليد كحول متعدد الكربونات مدفوع بأشعة الشمس باستخدام ورقة صناعية قائمة بذاتها. في هذه المرحلة ، نقوم بتشكيل الكحوليات في ميكرومولات. هناك حاجة إلى مزيد من التحسينات للجهاز لتحسين كفاءته ، والتي نعمل عليها. بعد ذلك ، يمكن استخدامه لإنتاج مثل هذا الوقود على نطاق واسع ، “قال موتيار رحمان ، المؤلف الأول للصحيفة ، لموقع Indianexpress.com في مقابلة عبر البريد الإلكتروني.
رحمان باحث مشارك في قسم الكيمياء في يوسف حميد في كامبريدج.
في الهند ، تعمل معظم المركبات التي تعمل بالبنزين الآن بمزيج من البنزين و 10 في المائة من الإيثانول ، حيث أعلن رئيس الوزراء ناريندرا مودي أن الهدف تحقق في يوم البيئة العالمي (5 يونيو) من العام الماضي. غالبًا ما يتم اعتماد الإيثانول الحيوي كبديل أنظف للبنزين لأنه مصنوع من النباتات بدلاً من الوقود الأحفوري.
لكن وفقًا لإروين ريزنر ، الذي قاد البحث ، فإن الإيثانول وأنواع الوقود الحيوي الأخرى هي تقنية مثيرة للجدل ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن إنتاجها يشغل الأراضي الزراعية التي يمكن استخدامها لزراعة الغذاء بدلاً من ذلك. ريزنر أستاذ في نفس القسم مثل رحمان.
تم تصوير Motiar Rahaman و Erwin Reisner هنا في هذه الصورة غير المؤرخة المقدمة من جامعة كامبريدج. (رصيد الصورة: جامعة كامبريدج)
لسنوات عديدة ، عملت مجموعة Reisner على تطوير وقود مستدام خالٍ من الكربون مستوحى من عملية التمثيل الضوئي. في الماضي ، نجحوا في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى غاز تخليقي ، والذي يمكن استخدامه لتوليد الكهرباء أو إنتاج بعض أنواع الوقود السائل مثل الديزل الصناعي.
ولكن من أجل جعل هذه التكنولوجيا أكثر عملية ، يجب أن تكون قادرة على إنتاج مواد كيميائية أكثر تعقيدًا بشكل مباشر دون تصنيع الغاز التخليقي وتحويله أولاً. الآن ، يمكن للورقة الاصطناعية للباحثين إنتاج إيثانول وبروبانول نظيفين دون الحاجة إلى خطوات وسيطة.
الورقة الاصطناعية التي تحول ضوء الشمس إلى وقود
تم تطوير الإصدار الأول من الورقة الاصطناعية التي تصنع غاز التخليق في عام 2019. وقد أنتج هذا النموذج الأولي الوقود من خلال الجمع بين مادتين ماصتين للضوء مع محفز مناسب. لكن هذا الجهاز كان ضخمًا لأنه احتوى على زجاج سميك وطلاءات واقية من الرطوبة.
من أجل “تقليص” الجهاز ، استوحى الباحثون الإلهام من تقنيات التصغير في صناعة الإلكترونيات. استخدموا أكاسيد الأغشية الرقيقة ومواد “البيروفسكايت” التي يمكن تغطيتها على رقائق بلاستيكية ومعدنية مرنة. كما قاموا بتغطية الورقة بطبقات كربونية رقيقة مقاومة للماء ميكرومتر تحميها من الرطوبة.
نسخة سابقة من الورقة الاصطناعية تطفو على نهر كام بالقرب من كلية كينجز ، كامبريدج. تم استخدام هذا الإصدار لإنتاج الغاز التخليقي. (رصيد الصورة: جامعة كامبريدج)
بعد النجاح في إنتاج الغاز التخليقي باستخدام تقنية عملت وحتى بدت وكأنها ورقة حقيقية ، طور الباحثون بعد ذلك محفزًا قائمًا على النحاس والبلاديوم. تم تحسين هذا المحفز للسماح لأحدث نسخة من الورقة الاصطناعية بإنتاج مواد كيميائية أكثر تعقيدًا.
مستقبل البحث
إذا كنت ستختار nitpick ، فإن أحد “عيوب” هذه التقنية هو أن كلاً من الإيثانول والبروبانول يتم إنتاجهما معًا في مفاعل ضوئي. لكن هذا قد لا يكون مشكلة كبيرة عندما يتم توسيع نطاق التكنولوجيا. “إذا أردنا إيثانول وبروبانول نقيًا ، فستكون هناك حاجة إلى عملية فصل. ومع ذلك ، فإن الإيثانول والبروبانول يخلقان خليطًا مستقرًا يمكن استخدامه كوقود.
عند الحديث عن التوسع ، ربما يكون من المهم إعادة التأكيد على أن إثبات المفهوم هذا لا يزال على نطاق المختبر. مطلوب مزيد من العمل لزيادة كفاءات العملية قبل أن يمكن زيادتها لإنتاج كميات ذات مغزى من الوقود المستدام.
