الكيميائيون يخترعون ''مادة حفازة'' للحصول على طاقة نظيفة

الطّاقة النظيفة أوالمتجددة هي الطّاقة المستمدة من الموارد الطّبيعية التي تتجدد بإستمرار ولا يمكن أن تنفذ، ولا ينشأعنهاعادةً مخلّفات كثانى أكسيد الكربون (CO2) ، وتنتج من الرياح والمياه والشمس, كما يمكن إنتاجها من حركة الأمواج والمد والجزرأو من طاقة حرارية أرضية وكذلك من المحاصيل الزراعية والأشجار المنتجة للزيوت.
لذلك قام الكيميائيون بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بإختراع وسيلة جديدة لتجميع ثانى أكسيد الكربون وتحويله إلى مركبات عضوية مفيدة من خلال استخدام مجموعة معادن بسيطة .
أصبح إنتاج الكهرباء باستخدام مصادر الطاقة المتجددة مألوفاً في الآونة الأخيرة، وهناك بلدان عديدة وضعت خططاً لزيادة نسبة إنتاجها للطّاقة المتجددة حتى تغطي احتياجاتها من الطّاقة، وفي مؤتمر ''كيوتو'' باليابان اتفق معظم رؤساء الدول على تخفيض إنتاج ثانى أكسيد الكربون في الأعوام القادمة لتجنب التهديدات الرئيسية لتغير المناخ بسبب التلوث واستنفاذ الوقود الاحفوري، بالإضافة للمخاطر الاجتماعية والسياسية للوقود الاحفوري والطّاقة النووية.
''كريستوفر كومينز''، أستاذ الكيمياء بمعهد ماساتشوستس، قال إنهم بحاجة إلى المزيد من العمل لفهم وتحسين هذا التفاعل، وفى يوم من الأيام ستقدم هذه الوسيلة طرقًا سهلة وغير مكلفة لإستعادة جزء من ثانى أكسيد الكربون المنبعث من المركبات ومحطات توليد الطاقة.
وأضاف قائلاً نحن نريد أن نطور بشكل مثالى من دورات الكربون للحصول على ثانى أكسيد الكربون من خلال طبقة الغلاف الجوى لتجنب التلوث، لأن منذ أن أصبح لدى منتجى النفط المزيد من ثانى أكسيد الكربون أصبحت الشركات تهتم بإستخدام ثانى أكسيد الكربون بإعتباره مادة أولية غير مكلفة لكى يضاف إلى المواد الكيميائية مثل البوليمرات (مواد أساسية تستخدم في القطاعات الصناعية اليومية مثل المواد اللاصقة، ومواد البناء.''
والحافز الجديد لثانى أكسيد الكربون سوف يحوله إلى أيونات سالبة الشحنة تتفاعل بعد ذلك مع مركبات السليكون لإنتاج فورمات ( ملح حمض الفورميك ) ، ومواد أولية لصناعة مركبات عضوية مفيدة، هذه العملية التى قام الباحثون بوصفها فى مجلة العلوم الكيميائية بتعتمد على أيون جزيئى بسيط معروف بإسم المولبيدات ( ذرة من معادن المولبيدنيوم محاطة بأربع ذرات من الأكسجين )، كما سعى العلماء منذ فترات طويلة إلى تحويل ثانى أكسيد الكربون إلى مركبات عضوية وعرفت هذه العملية بتثبيت الكربون.
أما المعادن النفيسة مثل الروتينيوم والبلاديوم والبلاتين تعد معادن نادرة نسبياً وثبت أنها محفزات فعالة لكن أسعارها المرتفعة جعلتها أقل جاذبية للإستخدام فى الصناعة، ولإيجاد بديل لها حاول العلماء أن يجعلوا بعض المعادن وفيرة مثل النحاس والحديد وجعلها تتصرف وكأنها واحدة من أكثر المحفزات القوية من خلال تنشيطها مع الجزيئات التى تغير خواصها الإلكترونية والمكانية .
وهذه الجزيئات المعروفة بإسم الليجندات قد تكون معقدة للغاية، وعادة ما تحتوى على ذرات غيرفلزية مثل الكبريت،والفسفور، والنيتروجين، والأكسجين، ومع معظم هذه المحفزات يرتبط ثانى أكسيد الكربون مباشرة بذرات معدنية .
كومينز كان لديه فضولاً لأن يرى هل سيتمكن من تصميم محفز يتم فيه ربط ثانى أكسيد الكربون بالليجندات ، وأشار إلى أن ذلك سوف يمهد الطريق لعمل تحولات كيميائية لثانى أكسيد الكربون قد تختلف عما رآه الناس من قبل .
وبعد أن وجد نجاحاً مع بعض المركبات المعدنية المتكونة من النيوبيوم أو التيتانيوم المنضمة إلى روابط متكونة من جزيئات عضوية كبيرة قرر كومينز أن يجرب شيئاً أبسط بدون الليجندات الثقيلة، وقال أنه يريد أن يعرف هل من الممكن أن يجد شيئاً آخر لإحداث نفس التفاعل، لذا قام بعمل محفز بسيط عن طريق المولبيدات التى تعد وفيرة نسبياً ومستقرة فى الهواء وتبدو لأن تكون مؤهلة لذلك، حيث ترتبط الوجوه الأربعة لذرات الأكسجين بذرات المولبدينيوم المركزية، كما أن المولبيدات يشيع استخدامها كمصدر للمولبيدنيوم (عنصر كيميائي وفلز صلب أبيض فضي ، وعند مزجه مع الفولاذ، يعطي الموليبدنوم الفلز قوة وصلابة، خصوصًا عند درجات الحرارة المرتفعة، و في صناعة أجزاء الطائرات والصواريخ، و يستخدم كمادة مساعدة حفّازة في تكرير النفط ) الذى بإمكانه أن يحفز أنواع عديدة من التفاعلات، وحتى الآن لم يقم أحد بدراسة تفاعلاتها مع ثانى أكسيد الكربون .
ولأن العمل مع المولبيدات الذائبة فى المذيبات العضوية يشتمل أيضاً على ثانى أكسيد كربون ذائب، وجد الباحثون أن الأيون لا يرتبط بواحدة فقط من جزيئات ثانى أكسيد الكربون وانما يرتبط بإثنين .
حيث يرتبط أول أكسيد الكربون بشكل لا رجعة فيه بواحدة من ذرات الأكسجين منتجاً أيونات الكربون، ويقول كومينز بعد ذلك يرتبط الجزىء الثانى من ثانى أكسيد الكربون بذرة أكسجين أخرى لكن هذا الإرتباط الثانى قابل للرجوع مرة أخرى كما كان .
ويستأنف كومينز قائلاً هذا سوف يسمح للباحثين بإنتاج خرطوشة قد تكون قادرة على تخزين ثانى أكسيد الكربون المنبعث من المركبات، وعندما تمتلىء الخرطوشة يصبح من الممكن إزالة ثانى أكسيد الكربون ونقله إلى مكان آخر دائم التخزين.
وهناك طريقة أخرى من الممكن أن تحول ثانى أكسيد الكربون إلى مركبات مفيدة تحتوى على الكربون حيث أظهر كيمونز وزملاؤه أن ثانى أكسيد الكربون يمكن أن يتم تحويله إلى فورمات من خلال معالجة مركبات السليكون التى تسمى سيلانات ( سلسلة متشابكة من هيدرات السليكون ) مع مركب المولبيدات .
وأخيراً قال أستاذ الكيمياء كريستين توماس الذى لم يكن مشاركاً فى الدراسة أن هذا العمل يعد إضافة إلى مؤلفات تثبيت ثانى أكسيد الكربون ، وقال كومينزنحن بحاجة إلى المزيد من الأبحاث قبل أن يتم الإستفادة من التفاعل فى الصناعة.