نشر فريق البروفيسور وانغ تاو من المختبر الوطني الرئيسي لاستخدام الطاقة النظيفة وقسم الكيمياء بجامعة تشجيانغ الصينية مؤخرًا دراسة في مجلة Chemical Engineering Journal، اقترحوا فيها تقنية المعالجة المسبقة بالتنشيط الحراري المائي لتحسين كفاءة تخزين ثاني أكسيد الكربون في خبث المغنيسيوم. تعمل هذه التقنية على زيادة معدل تفاعل كربنة خبث المغنيسيوم بمقدار 1 إلى 2 مرتبة من حيث الحجم، وفي ظل الظروف المثلى، يرتفع معدل امتصاص ثاني أكسيد الكربون بنسبة 38.3% مقارنة بالكربنة المباشرة، ويمكن لكل طن من خبث المغنيسيوم تخزين 146.7 كجم من ثاني أكسيد الكربون، ويصل صافي البصمة الكربونية السلبية خلال دورة الحياة الكاملة إلى -134.15 كجم من مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل طن من الخبث.
خبث المغنيسيوم هو نفايات صلبة صناعية قلوية ناتجة عن صهر معدن المغنيسيوم، حيث ينتج كل طن من معدن المغنيسيوم من 4.8 إلى 5.5 طن من الخبث. بلغ إنتاج الصين من خبث المغنيسيوم في عام 2024 ما بين 4.9 و5.7 مليون طن، ويقدر إجمالي المخزون المتراكم تاريخيًا بأكثر من 60 مليون طن، بينما لا تتجاوز نسبة الاستخدام الشامل 20%. يحتوي خبث المغنيسيوم على معادن غنية بالكالسيوم والسيليكون، لكن تقنية الكربنة التقليدية تواجه عنق زجاجة رئيسي يتمثل في طبقة المنتج الكثيفة التي تعيق نقل الكتلة، وزيادة درجة الحرارة التي تؤدي إلى تفاقم المنافسة بين الترطيب والكربنة على الماء.
استخدم فريق البحث خبث الاختزال الناتج عن طريقة بيجون لصهر المغنيسيوم كمواد خام، واكتشفوا أنه أثناء عملية الكربنة المباشرة، عندما تتجاوز درجة الحرارة 40 درجة مئوية، يهيمن تفاعل الترطيب ويستهلك البيئة المائية، مما يؤدي إلى تدهور كفاءة الكربنة. تعمل عملية المعالجة المسبقة بالتنشيط الحراري المائي على حل تعارض درجات الحرارة بين الترطيب والكربنة بنجاح من خلال آلية مزدوجة: توليد منتجات ترطيب عالية النشاط توفر مواقع التفاعل، وتحسين بنية المسام لتخفيف عائق نقل الكتلة. حددت التجارب أن التنشيط لمدة 12 ساعة عند 60 درجة مئوية هو الظرف الأمثل.
اكتشفت الدراسة أيضًا وجود تأثير عتبة للتنشيط الحراري المائي، حيث يمكن للتنشيط المعتدل أن يؤدي إلى كربنة عميقة، بينما يؤدي التنشيط المفرط إلى تراكم منتجات الترطيب وتغطية مواقع النشاط ومنع قنوات نقل الكتلة. يظهر تقييم دورة الحياة الكاملة أن هذه العملية، عند استخدام الحرارة المهدرة الصناعية أو الكهرباء الخضراء، يمكن أن تقلل انبعاثات الكربون بشكل أكبر.
