LIKAT الألمانية تنتج لأول مرة محفزًا بكمية عشرة كيلوغرامات لتحويل CO₂ إلى وقود

أخبار ar.wedoany.com، تمكن الكيميائيون في المركز التقني LIKAT في روستوك لأول مرة من إنتاج نوع جديد من محفزات تخليق فيشر-تروبش على نطاق تجريبي، حيث تم تسليم أول دفعة من المنتج بكمية عشرة كيلوغرامات إلى شركاء الأبحاث في هامبورغ وفيينا. تم تطوير هذا المحفز في إطار مشروع تعاوني سابق لـ LIKAT، ويُستخدم في إنتاج وقود محايد للكربون في فيينا، والتحقق من ملاءمته العملية في المنشآت واسعة النطاق. وهو المادة الأساسية في تخليق فيشر-تروبش الحديث (Fischer-Tropsch Synthesis, FTS). وعلى عكس العملية التقليدية التي طورها عالما كيمياء ألمانيان قبل قرن من الزمان، فإن النسخة الجديدة من FTS لا تعتمد على تسييل الفحم والغاز الطبيعي، بل تستخدم غاز ثاني أكسيد الكربون (CO₂) كمادة خام.

هذه النسخة الجديدة من محفز فيشر-تروبش تم تطويرها بواسطة معهد لايبنيز للحفز (Leibniz Institute for Catalysis)، وتقوم العملية على تحويل ثاني أكسيد الكربون مع الهيدروجين المنتج بشكل مستدام (H₂) إلى وقود اصطناعي. يمكن لهذا الوقود تشغيل محركات الاحتراق الداخلي التقليدية، دون أن يحتوي على مركبات الكبريت أو النيتروجين الموجودة في البنزين أو الديزل. وأوضح الدكتور كريستوف فولف (Dr. Christoph Wulf)، رئيس مجموعة العمل في المركز التقني لنقل التقنيات LIKAT (LIKAT Transfer Technical Center)، أن الهدف من هذا البحث هو تحقيق تنقل مستدام ومحايد للكربون، وهو ما يُعد أحد أولويات الأجندة الوطنية للتقنيات العالية.

كما هو الحال في العملية التقليدية، تتم الطريقة الحديثة في مفاعل عمود الفقاعات، لكن بظروف تفاعل أكثر اعتدالًا. في أنابيب عمودية طويلة، تمر المواد المشاركة من الأسفل إلى الأعلى عبر سائل لزج: على جانب واحد توجد المواد الخام الغازية CO₂ وH₂ وأول أكسيد الكربون (CO) الناتج لاحقًا، وعلى الجانب الآخر توجد المنتجات الوسيطة والنهائية السائلة، بالإضافة إلى المحفز على شكل حبيبات دقيقة قائمة على أكسيد الحديد.

تم تطوير هذا المحفز في إطار مشروع تحالف InnoSyn الممول اتحاديًا (ضمن مبادرة "جمهورية الهيدروجين الألمانية" (Hydrogen Republic of Germany))، بالاقتران مع نماذج الذكاء الاصطناعي لتخليق CO₂-FTS، تحت إشراف الكيميائي في LIKAT الدكتور ديفيد لينكه (Dr. David Linke). وقد تحقق الشركاء في معهد إنجلر-بونته (Engler-Bunte Institute) التابع لمعهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT) من جدوى العملية على نطاق الغرامات في نظام مفاعل متعدد الأطوار. وسيعمل المشروع اللاحق "الوقود والمواد الكيميائية الخضراء" (Green Fuel and Chemicals) على دفع التطبيق الصناعي لهذه العملية، بما في ذلك عرض توضيحي على نطاق الكيلوغرامات في مصنع تجريبي تابع لشركة Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH (BEST) في فيينا. وبحلول أوائل عام 2027، سيقوم هذا المصنع بتحويل عدة كيلوغرامات من CO₂ إلى وقود ومواد كيميائية مستدامة.

عادةً ما يغادر المحفز الجديد المختبر بكمية لا تتجاوز بضعة ملليغرامات، ويتطلب تكبيره إلى نطاق الكيلوغرامات وحجم محلول يصل إلى 100 لتر تركيبات مختلفة، وهو ما يسميه الكيميائيون "التوسيع" (scale-up). يتمثل هدف التعاون البحثي الجديد في إيجاد الطريقة المناسبة لذلك، وهذه المهمة يضطلع بها الدكتور كريستوف فولف والدكتور سيمون هايدا (Dr. Simon Haida) في المركز التقني لنقل التقنيات LIKAT. ووفقًا للكيميائيين، يتضمن ذلك أيضًا تطوير تقنية إنتاج عملية للمحفز. يتم إنتاج المحفز عبر تفاعل ترسيب من أملاح معدنية للحصول على "كعكة ترشيح" من أكسيد الحديد بلون أحمر صدئ، ثم تخضع للتجفيف بالرش والمعالجة الحرارية للحصول على حبيبات شبه كروية. ونظرًا لتفاوت أحجام الحبيبات، يجب تصنيفها حسب الحجم من خلال عملية فرز.

أشار سيمون هايدا إلى أن سلوك المحفز لا يمكن التنبؤ به مباشرة على النطاق الواسع. فخلط 100 ملليلتر من المحلول أمر بسيط، لكن على نطاق 50 لترًا، تصبح عمليات المعالجة المحددة، خاصة فصل وترشيح المنتج الخام عن محلول التفاعل، تحديًا حقيقيًا، مما يستلزم إجراء تجارب منهجية بزيادة تدريجية في حجم التفاعل. يتم هذا العمل بالتعاون الوثيق مع المطور الأصلي للمحفز، الكيميائي في LIKAT الدكتور ألكسندر فيدوروف (Dr. Aleksandr Fedorov)، الذي يعيد بعد كل خطوة توسيع ضبط المحفز واختبار أدائه، ثم يخطط للمعدات اللازمة للخطوة التالية.

تطورت التجارب تدريجيًا من دفعات بحجم بضعة ملليلترات إلى نطاق 50 لترًا، وهو ما يمكن استخدامه لتزويد المصنع التجريبي. وخلال هذه العملية، تبيّن أن حجم الحبيبات يؤثر بشكل كبير على أداء المحفز. وأوضح الدكتور فولف أن حبيبات أكسيد الحديد لا ينبغي أن تكون كبيرة جدًا، حتى تظل معلقة في مفاعل عمود الفقاعات لاحقًا؛ ولكن إذا كانت صغيرة جدًا، فإنها تميل إلى التكتل، مما قد يسد مرشح مخرج المفاعل، أو حتى يدخل إلى المنتج ويُلوثه.

يُعد LIKAT من بين أول المؤسسات البحثية الألمانية القادرة على إنتاج محفزات جديدة مخصصة للأبحاث على نطاق تجريبي. فالمعاهد الأخرى لديها مصانع تجريبية لاختبار المحفزات، لكنها تفتقر إلى المعدات اللازمة لإنتاج المواد الاختبارية بالحجم المطلوب. في LIKAT، وبفضل مشاريع التمويل والتعاون البحثي، أصبحت المنشأة التقنية Catalysis2Scale مجهزة حاليًا بأجهزة ومعدات متكاملة. وبفضل أول دفعة من محفز أكسيد الحديد بكمية عشرة كيلوغرامات المنتجة لتخليق فيشر-تروبش الجديد، يأمل الدكتور فولف والدكتور هايدا في جذب انتباه شركاء بحثيين محتملين.