أخبار ar.wedoany.com، اكتشف فريق بحثي من كلية سوانسون للهندسة بجامعة بيتسبرغ (University of Pittsburgh Swanson School of Engineering) طريقة منخفضة التكلفة لإنتاج الجرافيت عالي الجودة، وذلك أثناء استكشافهم لعملية نظيفة لتحويل الإيثان إلى إيثيلين. لاحظ الفريق، أثناء ضخ الإيثان في معدن منصهر عند درجة حرارة أقل من 1000 درجة مئوية، أن المنتج الثانوي الكربوني الذي يرتفع إلى السطح كان "منتفخًا"، وبعد الفحص، تبين أن هذا المنتج الثانوي هو جرافيت عالي الجودة.
الجرافيت هو مكون رئيسي في بطاريات الليثيوم أيون، ويُستخدم على نطاق واسع في السيارات الكهربائية والإلكترونيات وتخزين الطاقة الخضراء. حاليًا، تتطلب عملية الإنتاج الرئيسية للجرافيت تسخين المواد الخام إلى 3000 درجة مئوية، مما يجعل كفاءتها منخفضة للغاية، كما أن حوالي 95% من الإمدادات العالمية تأتي من الصين. تم اكتشاف هذه التقنية الجديدة بالصدفة بواسطة آيمي لوران تويزيريمانا (Aime Laurent Twizerimana)، الذي كان طالب دكتوراه آنذاك، في مختبر البروفيسور غوتس فيزر (Götz Veser). تقدم الفريق بعد ذلك بطلب للحصول على براءة اختراع مؤقتة، وأسس شركة ناشئة باسم Graphonos Materials (المعروفة سابقًا باسم Grapheon).
صرح البروفيسور فيزر، أستاذ الهندسة الكيميائية والبترولية في كلية سوانسون، بأن هذا البحث يهدف إلى استكشاف مسارات تربط بين معالجة الوقود الأحفوري ومستقبل أكثر استدامة. يضم الفريق الأساسي كلاً من فيزر وتويزيريمانا والأستاذ المساعد محمد مسنادي (Mohammad Masnadi) وطالب الدكتوراه نادر سوتاري (Nader Sawtarie). يركزون على طريقة جديدة لتكسير الإيثان، وهو المكون الرئيسي للغاز الطبيعي في غرب ولاية بنسلفانيا. تتطلب عملية تكسير الإيثان لإنتاج الإيثيلين كميات كبيرة من الطاقة الحرارية، وتنتج منتجًا ثانويًا من الكربون الصلب. تعتمد العملية التقليدية على حقن البخار لمنع انسداد المفاعل، لكنها عملية عالية الاستهلاك للطاقة وكثيفة الانبعاثات، وتتطلب توقفًا دوريًا لتنظيف تراكمات الكربون.
تحول الباحثون إلى استخدام طريقة التحفيز بالمعدن المنصهر. هذه التقنية موجودة منذ ما يقرب من قرن، لكنها لم تُستخدم على نطاق واسع. أوضح مسنادي أن الكثافة العالية جدًا للمعدن المنصهر تسمح للكربون بالطفو إلى السطح، مما يسهل فصله. خلال أبحاث الدكتوراه، اكتشف تويزيريمانا أن بنية الكربون المتكونة عند استخدام بعض المعادن تكون أكثر انتفاخًا. وبعد توصيف سوتاري، تبين أن هذا المنتج الثانوي هو جرافيت عالي القيمة.
حاليًا، يُنتج معظم الجرافيت المستخدم في البطاريات في الصين من خلال عملية دفعات تستغرق حوالي ثلاثة أسابيع، وتتطلب تسخين فحم الكوك الإبري إلى 3000 درجة مئوية. تتيح العملية التي طورها فريق جامعة بيتسبرغ إنتاج جرافيت من الدرجة المستخدمة في البطاريات عند درجات حرارة أقل من 1000 درجة مئوية، مع إنتاج الهيدروجين كمنتج ثانوي قيّم. تم التحقق من صحة هذه التقنية في المختبر، وقد جذبت اهتمام رأس المال الاستثماري. فاز الفريق مؤخرًا بجائزة أرمكو للابتكار (Aramco Innovator Prize) بقيمة 20 ألف دولار في مسابقة رايس لخطط الأعمال (Rice Business Plan Competition)، كما حصل على الجائزة الكبرى بقيمة 25 ألف دولار في مسابقة الأفكار الكبيرة (Big Idea Competition) بجامعة بيتسبرغ.
صرح تويزيريمانا، الرئيس التنفيذي لشركة Graphonos Materials، بأن هناك طلبًا قويًا في السوق على الجرافيت منخفض التكلفة والمستدام. يعمل الفريق حاليًا على جمع الأموال لتطوير أول نظام كامل على نطاق مكتبي، بهدف تحقيق إنتاج يصل إلى عدة كيلوغرامات من الجرافيت يوميًا. أشار فيزر إلى أنه في حال نجاح المشروع، سيكون قادرًا على تحويل الإيثان من غرب بنسلفانيا محليًا إلى منتجين أساسيين للتحول في مجال الطاقة النظيفة.
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
