اكتشف الباحثون في كلية الهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة فيرجينيا كيفية الحصول على منتج معجزة قادر على استخلاص القيمة من ثاني أكسيد الكربون المحتجز، والقيام بما لم يفعله أي شخص آخر: وضع المنتج موضع التنفيذ للاستخدام على نطاق واسع. .

إن التقدم الذي أحرزه فريق مختبر غوراف “جينو” جيري، الأستاذ المساعد في الهندسة الكيميائية، له آثار على تنظيف الغازات الدفيئة، وهي مساهم رئيسي في معضلة تغير المناخ. وسوف يساعد أيضًا في حل احتياجات العالم من الطاقة.

تنتمي المادة، MOF-525، إلى فئة من المواد تسمى الأطر المعدنية العضوية.

وقال جيري: “إذا تمكنت من جعل هذه الأطر العضوية المعدنية تغطي مساحات أكبر، فمن الممكن أن تكون هناك تطبيقات جديدة، مثل احتجاز الكربون والتحويل التحفيزي الكهربائي في نظام واحد”.

يخلق التحويل التحفيزي الكهربائي جسرًا من مصادر الطاقة المتجددة إلى التوليف الكيميائي المباشر، والذي يخرج حرق الوقود الأحفوري المنتج لثاني أكسيد الكربون من المعادلة.

إن ما يمنح الأطر العضوية المعدنية قوتها الخارقة هو بنيتها البلورية فائقة المسامية، وهي عبارة عن شبكات ثلاثية الأبعاد من المسام النانوية الدقيقة التي تعمل مثل الإسفنج، مما يخلق مساحة سطحية داخلية واسعة يمكن هندستها لاحتجاز جميع أنواع المركبات الكيميائية.

حل متطور

رأى فريق سيري أن البدء باستخدام تقنية تركيب قابلة للتطوير بطبيعتها – قطع المحاليل – من شأنه أن يحسن احتمالاتهم. لقد نجحوا بالفعل في قطع الأطر العضوية المعدنية البسيطة.

في عملية GRI، يتم خلط مكونات الإطار المعدني العضوي في محلول ثم يتم نشره عبر الركيزة باستخدام شفرة القطع. عندما يتبخر المحلول، تشكل الروابط الكيميائية الإطار المعدني العضوي في طبقة رقيقة على الركيزة. يؤدي استخدام MOF-525 بهذه الطريقة إلى إنشاء غشاء متكامل لاحتجاز الكربون وتحويله.

قال برينس فارما، الذي حصل على درجة الدكتوراه في ديسمبر 2023: “كلما زاد حجم الغشاء، زادت مساحة سطح التفاعل، وزاد عدد المنتجات التي يمكنك الحصول عليها”. تخرج من مختبر كيرين. “باستخدام هذه الوظيفة، يمكنك زيادة عرض شفرة القطع بقدر ما تحتاج إليه.”

استهدف الفريق CO₂ وبما أن احتجاز الكربون يستخدم على نطاق واسع للحد من الانبعاثات الصناعية أو إزالته من الغلاف الجوي، فإن الحل الذي توصلوا إليه هو إظهار نهج متطور – ولكن على حساب المشغلين الذين لديهم عائد منخفض على الاستثمار: ثاني أكسيد الكربون له قيمة تجارية قليلة وغالبًا ما يتم استخدامه. مخزن. تحت الأرض إلى أجل غير مسمى.

ومع ذلك، مع مدخلات طاقة منخفضة، واستخدام الكهرباء لتحفيز التفاعل، يمكن أن يحمل MOF-525 ذرة أكسجين لإنتاج أول أكسيد الكربون – وهي مادة كيميائية ذات قيمة لإنتاج الوقود والأدوية والمنتجات الأخرى.

الباحثين نشروا النتائج التي توصلوا إليها في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية كائنات التطبيق والواجهات. كونور أ. كولنر، هايلي هال، ميغان ر. بيستر، كيفن ه. ستون، آسا دبليو. كما ساهم نيكولز وأنكيت تاجال وإيرل أشكروفت في هذا العمل.