القاهرة -
قال باحثون إنهم طوّروا طريقة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أنابيب كربونية نانوية، في خطوة قد تتيح إنتاج هذه المواد الصناعية المهمة بطرق أكثر استدامة وأقل اعتماداً على المواد الخام الأحفورية.
وتستخدم الأنابيب الكربونية النانوية، التي تتميز بخفة الوزن والقوة والقدرة العالية على توصيل الكهرباء والحرارة، في تصنيع المواد المركبة والإلكترونيات والبطاريات ومكونات الطائرات والسيارات، لكن إنتاجها التقليدي يتطلب كميات كبيرة من الطاقة ويعتمد عادة على مركبات كربونية مشتقة من الوقود الأحفوري.
وفي الدراسة المنشورة بدورية PNAS طوّر الباحثون عملية متتابعة تجمع بين التفاعلات الكهروكيميائية والحرارية للتغلب على الصعوبات الديناميكية الحرارية التي تمنع التحويل المباشر لثاني أكسيد الكربون إلى أنابيب نانوية.
مواد وسيطة
وفي المرحلة الأولى، استخدم الباحثون تفاعلات كهروكيميائية لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون والإيثيلين، وهما مادتان وسيطتان يمكن الاستفادة منهما في تكوين الهياكل الكربونية.
ثم نقلت المادتان إلى مفاعل حراري يعمل عند درجة حرارة تبلغ 750 درجة مئوية، في وجود محفز يتكون من النيكل والحديد. وأدت العملية إلى تكوين أنابيب كربونية نانوية ذات درجة مرتفعة من التبلور الجرافيتي.
وأوضح الباحثون أن الطريقة أتاحت أيضاً التحكم في بعض خصائص الأنابيب الناتجة، بما في ذلك شكلها وبنيتها، وهو أمر مهم لتكييفها مع تطبيقات صناعية مختلفة.
وأظهرت تحليلات أُجريت باستخدام الأشعة السينية السنكروترونية، إلى جانب حسابات نظرية، أن التفاعلات المشتركة بين أول أكسيد الكربون والإيثيلين ومحفز النيكل والحديد ساعدت في بدء تكوين الأنابيب النانوية واستمرار نموها.
ويُعد تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد عالية القيمة أحد المسارات التي يدرسها العلماء للحد من الاعتماد على الكربون الأحفوري. لكن ثاني أكسيد الكربون جزيء مستقر للغاية، مما يجعل تحويله المباشر إلى منتجات كربونية معقدة عملية صعبة وتحتاج إلى طاقة كبيرة.
منتجات كربونية متقدمة
وأشار الباحثون إلى أن تقسيم العملية إلى مرحلتين أتاح تجاوز تلك العقبة، إذ جرى أولاً تحويل الغاز إلى مركبات أكثر نشاطاً كيميائياً، قبل استخدامها في بناء الأنابيب النانوية داخل المفاعل الحراري.
وأضافوا أن النتائج تقدم دليلاً على إمكانية استخدام ثاني أكسيد الكربون كمادة خام في تصنيع منتجات كربونية متقدمة، لكنها لا تعني بعد أن التقنية جاهزة للإنتاج التجاري واسع النطاق.
وسيتطلب تقييم الفائدة البيئية للعملية حساب إجمالي الطاقة المستخدمة، ومصدر الكهرباء اللازمة للتفاعلات الكهروكيميائية وتسخين المفاعل، ومدى قدرة الأنظمة الصناعية على جمع ثاني أكسيد الكربون وتنقيته وتشغيل العملية بكفاءة اقتصادية.
وأردف الباحثون بالقول إن استخدام كهرباء منخفضة الانبعاثات يمكن أن يعزز الجدوى المناخية للتقنية، ويفتح الباب أمام تصنيع أكثر استدامة للأنابيب الكربونية النانوية وغيرها من المواد القائمة على الكربون.
تصنيفات
