تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى الأسيتيلين

إن تحقيق الاستدامة يشكل واحداً من التحديات الأكثر إلحاحاً التي تواجه البشرية اليوم ــ وهو أيضاً واحد من أصعب التحديات. ومن أجل تقليل تأثيرنا على البيئة والبدء في إصلاح الأضرار التي سببتها البشرية بالفعل، فمن الضروري أن نسعى جاهدين لتحقيق الحياد الكربوني في أكبر عدد ممكن من الأنشطة الاقتصادية. ولسوء الحظ، فإن تخليق العديد من المواد الكيميائية المهمة لا يزال يؤدي إلى ارتفاع انبعاثات الكربون.

هذا هو الحال بالنسبة للأسيتيلين (C₂ح₂)، وهو هيدروكربون أساسي له تطبيقات متعددة. يستخدم هذا الغاز شديد الاشتعال في اللحام والقطع الصناعي وتصلب المعادن والمعالجة الحرارية والعمليات الصناعية الأخرى. وبالإضافة إلى ذلك، فهو مادة هامة في إنتاج الراتنجات الاصطناعية والبلاستيك، بما في ذلك PVC. منذ إنتاج C₂ح₂ يتطلب الوقود الأحفوري كمواد خام، وهناك حاجة ماسة إلى طريق اصطناع أكثر ملاءمة للبيئة.

في هذا السياق، قام فريق بحث يعتمد على التعاون الأكاديمي الصناعي بين جامعة دوشيشا وشركة دايكن للصناعات المحدودة باليابان، بتطوير استراتيجية جديدة وواعدة لإنتاج C.₂ح₂ باستخدام ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والماء (ح₂س) كمواد خام.

دراستهم الأخيرة، والتي شملت البروفيسور المساعد يوتا سوزوكي من معهد هاريس لأبحاث العلوم والبروفيسور تاكويا جوتو من قسم العلوم البيئية والنمذجة الرياضية في كلية الدراسات العليا للعلوم والهندسة، وكلاهما من جامعة دوشيشا، وتوموهيرو إيسوجاي من التكنولوجيا والنمذجة الرياضية مركز الابتكار. في شركة دايكن للصناعات المحدودة نشرت في ACS الكيمياء والهندسة المستدامة.

يعتمد النهج المقترح على التحويل الكهروكيميائي والكيميائي لثاني أكسيد الكربون₂ شركة₂ح₂ وذلك باستخدام الأملاح المنصهرة عند درجات حرارة عالية وهي الكلوريدات المنصهرة. أحد الجوانب الرئيسية للعملية هو أنها تستخدم كربيدات المعادن، وهي مواد صلبة تتكون من ذرات الكربون وذرات المعدن، كنقطة محورية للتحويل.

“في استراتيجيتنا، CO₂ يتم تحويله أولاً إلى كربيدات معدنية مثل CaC₂ و لي₂ضد₂“التي يتم ترسيبها على أحد الأقطاب الكهربائية”، يوضح الدكتور سوزوكي. “ثم تتفاعل هذه الكربيدات المعدنية مع H₂يا توليد C₂ح₂ غاز.”

ولتحقيق كفاءة أعلى في استخدام الطاقة باستخدام هذه الطريقة، كان على الفريق اختبار تكوينات مختلفة، بما في ذلك مواد الأقطاب الكهربائية المختلفة وتركيبات الملح المنصهر. وبعد سلسلة من التجارب الشاملة، بما في ذلك قياس الجهد الدوري، وتحليل بلورة الكربون، وحيود الأشعة السينية، توصلوا إلى أن NaCl−KCl−CaCl₂– المنصهر CaO ​​المشبع بـ CaCl الإضافي₂ في شركة₂ أنتجت الأجواء أفضل النتائج. أدى هذا الاندماج الخاص إلى التكوين الانتقائي لـ CaC₂ حول الكاثود مما يعطي نتائج أفضل من المنصهر بما في ذلك الليثيوم.

توفر هذه الإستراتيجية المبتكرة مزايا كبيرة مقارنة بطرق تخليق C التقليدية.₂ح₂. أولاً، يمكن إعادة استخدام الأقطاب الكهربائية بعد معالجة تجديد بسيطة حيث يحدث التفاعل المطلوب على كربيدات المعادن المترسبة بدلاً من مباشرة على أسطح القطب الكهربائي. وهناك ميزة أخرى، وربما أبرزها، وهي الاستخدام المباشر لثاني أكسيد الكربون₂ كمادة خام لإنتاج مادة كيميائية مفيدة وقيمة صناعيا.

يقول البروفيسور جوتو: “يمثل النهج المقترح تقنية واعدة لتحقيق دورة مستدامة للموارد والطاقة دون الاعتماد على الوقود الأحفوري”. “في المستقبل، يمكن استخدام هذه التقنية نفسها كتقنية كربون سلبي عن طريق استخلاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء واستخدامه كمادة أولية، خاصة مع عمليات احتجاز الكربون المباشر في الهواء.”

نأمل أن يؤدي إجراء المزيد من الأبحاث حول هذه الطريقة المثيرة إلى طرق مجدية اقتصاديًا وبيئيًا لإنتاج الراتنجات والمواد الكيميائية المهمة من ثاني أكسيد الكربون.₂مما يمهد الطريق لمجتمعات مستدامة. وفي نهاية المطاف، ستسمح لنا هذه الجهود بالعيش في وئام مع البيئة مع الاحتفاظ بالعديد من الجوانب الإيجابية لأسلوب حياتنا الحديث.