أخبار ar.wedoany.com، طوّر باحثون من جامعة نوتنغهام (University of Nottingham) البريطانية مادة محفزة تعمل بالطاقة الشمسية، قادرة على اختزال ثاني أكسيد الكربون وأكسدة النفايات العضوية في آن واحد باستخدام فوتون واحد من الطاقة، مما ينتج مواد كيميائية قيّمة من كلا التفاعلين. وقد نُشرت النتائج في مجلة "Communications Materials" التابعة لمجموعة نيتشر للنشر.
يتكون هذا المفاعل الكهروضوئي الكيميائي (PEC) غير المتحيز من حجرتين متصلتين، تحتوي كل منهما على المحفز المطور حديثًا. عند تسليط ضوء الشمس على إحدى الحجرتين، يقوم كل فوتون بتحفيز تفاعل أكسدة جزيء من النفايات الحيوية، وتنتقل الإلكترونات المنبعثة إلى الحجرة الثانية لاختزال ثاني أكسيد الكربون (CO₂) إلى فورمات. تنتج العملية بأكملها منتجين مفيدين من طاقة فوتون واحد: الأول مادة كيميائية مشتقة من غازات الدفيئة، تُستخدم على نطاق واسع في المنسوجات والدهانات والأدوية؛ والثاني مادة أولية من النفايات الحيوية يمكن استخدامها في تصنيع الجيل التالي من البلاستيك الحيوي.
أوضح الدكتور ماسامي تانغاموثو (Madasamy Thangamuthu)، مساعد الأبحاث في كلية الكيمياء بجامعة نوتنغهام والمصمم للمفاعل الكهروضوئي الكيميائي والمحفز، أن جوهر العملية هو أنود ضوئي نانوي البنية مصنوع من أشباه موصلات نيتريد الكربون وأكسيد التنجستن، مع طبقة معززة من أكسيد الكوبالت، ومقترن بكاثود في الحجرة الثانية. عندما يصطدم فوتون من ضوء الشمس بالأنود الضوئي، تبدأ العملية، منتجة إلكترونًا ينتقل إلى الكاثود لاختزال ثاني أكسيد الكربون، بينما تقوم الفجوات المتبقية على الأنود الضوئي بأكسدة جزيئات حمض 5-هيدروكسي ميثيل-2-فوران كربوكسيليك (HMFA) في الوقت نفسه.
أظهرت الاختبارات أن هذا المفاعل الكهروضوئي الكيميائي يحقق كفاءة تبلغ حوالي 93% في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى فورمات، وحوالي 95% في أكسدة الكتلة الحيوية، مما يدل على استخدام فعال لطاقة الفوتونات. ونظرًا لأن التحويل يعتمد فقط على الطاقة الشمسية دون الحاجة إلى حرارة أو كهرباء إضافية، فإن هذه الطريقة توفر مسارًا جديدًا لتصنيع المواد الكيميائية المستدامة.
أشار الدكتور فينتشنزو تاريسكو (Vincenzo Taresco)، الأستاذ المساعد في كلية الكيمياء، إلى أن إنتاج البوليمرات المستدامة يمثل أحد التحديات الرئيسية الحالية، ورغم التقدم السريع في كيمياء المواد، لا تزال هناك حاجة لاستراتيجيات جديدة لدفع التفاعلات بكفاءة. وأضاف أن العملية النظيفة التي تستخدم ضوء الشمس تضمن أن الطاقة المستدامة تقود الكيمياء المستدامة.
على عكس العديد من المحفزات الحالية التي تعتمد على مواد باهظة الثمن أو نادرة، فإن المحفزات الجديدة التي طورها فريق جامعة نوتنغهام مصنوعة من عناصر وفيرة في الأرض، مما يجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات واسعة النطاق. وأكد تقييم دورة الحياة الفوائد البيئية لهذه العملية، مسلطًا الضوء على إمكاناتها في تصنيع المواد الكيميائية منخفضة الكربون. في المستقبل، يمكن توسيع نطاق نظام المحفز هذا للاستخدام الصناعي.
يرى الدكتور جيسوم ألفيس فيرنانديز (Jesum Alves Fernandes)، الأستاذ المشارك في كلية الكيمياء والخبير في الحفز غير المتجانس، أن طريقة تصنيع المحفز ضرورية لنجاح هذه التكنولوجيا في المستقبل. وأوضح أن الطريقة الفريدة للفريق في تجميع الذرات المعدنية على الأسطح - مع التحكم في الحجم والشكل والتركيب - ضرورية لتوسيع نطاق هذا العمل ليشمل عمليات كيميائية أخرى وتعزيز استخدام ثاني أكسيد الكربون. وقد أبلغ الفريق سابقًا عن تجميع محفزات من ذرات فردية على الأسطح لتصنيع محفزات عالية الكفاءة لإنتاج الهيدروجين وتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ميثانول.
يعتقد الباحثون أنه يمكن تطوير هذه الطريقة بشكل أكبر لدمجها مع مصادر ثاني أكسيد الكربون الصناعية ومصافي التكرير الحيوية، مما يتيح إنتاجًا موزعًا ومستدامًا للمواد الكيميائية. وقال البروفيسور أندريه خلوبستوف (Andrei Khlobystov)، أستاذ المواد النانوية في كلية الكيمياء، إن هذا الاكتشاف يفتح آفاقًا جديدة لالتقاط ضوء الشمس مباشرة ومواجهة تحدين عالميين في آن واحد.
يدعم هذا العمل مشروع "الذرات المعدنية على الأسطح والواجهات من أجل مستقبل مستدام (MASI)" الممول من برنامج EPSRC، ويمثل خطوة مهمة نحو تقليل الاعتماد على المعادن باهظة الثمن في إنتاج الهيدروجين، مما يساهم في الاقتصاد الدائري ومنخفض الكربون.
تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com
