الجزيئات الحساسة للضوء قد تزيد من كفاءة احتجاز الكربون

بقلم جيمس دينين

يمكن لجزيئات حساسة للضوء تسمى الأحماض الضوئية Photoacids أن تجعل عملية إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. الآن، يبتكر الباحثون طرقاً لجعل استخدام الأحماض الضوئية أكثر عملية.

يمكن أن يكون هذا مفيداً بشكل خاص لأنظمة التقاط الهواء المباشر Direct air capture (اختصاراً: الأنظمة DAC)، التي تنفخ الهواء فوق مواد احتجاز الكربون التي تسمى المواد الماصة Sorbents. تتطلب الأنظمة الحالية كمية كبيرة من الطاقة لفصل ثاني أكسيد الكربون النقي عن المواد الماصة من أجل تخزينه أو استخدامه في مكان آخر. ويشكل هذا عائقاً كبيراً أمام استخدام الأنظمة DAC لإزالة بلايين الأطنان من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي كل عام. وتقول آنا دي فريس Anna de Vries من المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيوريخ Federal Institute of Technology Zurich (اختصاراً: المعهد ETH): «وتعاني هذ الخطوة من عراقيل… إذ تكافح كل شركة من شركات التقاط الهواء المباشر وتحاول القيام بالعملية بطرق أكثر كفاءة».

قد تساعدنا إضافة الأحماض الضوئية إلى المواد الماصة. عند تسليط الضوء عليها، يتغير شكل كل جزيء حمض ضوئي ويطلق بروتوناً، مما يجعل المحلول أكثر حمضية. يعمل «تأرجح الأس الهيدروجيني» pH swing هذا على تحرير ثاني أكسيد الكربون من خليط المادة الماصة والحمض الضوئي. وعندما تنطفئ الأضواء مرة أخرى، تعود الأحماض الضوئية – ودرجة الحمضية في المحلول – إلى وضعيتها الأصلية مما يسمح للمادة الماصة بامتصاص ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى. ومن ثمَّ يمكن تكرار الدورة.

عادةً تُستخدم الحرارة أو الضغط لإطلاق ثاني أكسيد الكربون، لكن استخدام ضوء الشمس أو المصابيح يمكن أن يقلل الطاقة اللازمة لهذه الخطوة، كما تقول دي فريس، التي تهدف إلى خفض متطلبات الطاقة في الأنظمة DAC إلى النصف. ومع ذلك، تميل الأحماض الضوئية إلى أن تكون غير مستقرة وغير قابلة للذوبان بدرجة كبيرة في الماء، مما يحد من كفاءتها في إطلاق ثاني أكسيد الكربون.

أضافت دي فريس وزملاؤها مذيبات مختلفة إلى محلول الحمض الضوئي، ووجدوا مزيجاً يجعل الأحماض الضوئية أكثر قابلية للذوبان ويطيل عمرها من بضع ساعات فقط إلى ما يقرب من شهر.

وفي طريقة أخرى، وجدت أوفيندوني بريماداسا Uvinduni Premadasa في مختبر أوك ريدج الوطني Oak Ridge National Laboratory في تينيسي وزملاؤها حمضاً ضوئياً مختلفاً يمكنه الحفاظ على استجابته للضوء لفترة أطول وإنتاج المزيد من الحمض، مما يمكنه من إطلاق ثاني أكسيد الكربون من المحلول بشكل أكثر كفاءة.

يقول غريغ ماتش Greg Mutch، من جامعة نيوكاسل Newcastle University في المملكة المتحدة، إن هذه الحلول «أنيقة ومبتكرة». ومع ذلك، يقول إن النظام الموسع قد يواجه تحديات – على سبيل المثال، فقدان المذيبات بسبب التبخر في الهواء.

وبينما ركز هؤلاء الباحثون على احتجاز ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، فإن أول اختبار واسع النطاق للأحماض الضوئية قد يتم في الماء. تستخدم شركة ناشئة تسمى بانيو كربون Banyu Carbon في ولاية واشنطن الأحماض الضوئية لفصل ثاني أكسيد الكربون عن مياه البحر، مع خطط لتركيب نظام يمكنه إزالة طن واحد من ثاني أكسيد الكربون سنوياً في عام 2024.

في هذا النظام، تتعرض الأحماض الضوئية للضوء ويتم نقل الحمضية الناتجة مؤقتاً إلى مياه البحر، مما يؤدي إلى إطلاق الماء لثاني أكسيد الكربون الممتص من الغلاف الجوي. يقول أليكس غانيون Alex Gagnon، المؤسس المشارك للشركة، إن هذا يخفض الطاقة اللازمة لفصل ثاني أكسيد الكربون ويلغي الحاجة إلى تشغيل المراوح.

© 2024, New Scientist, Distributed by Tribune Content Agency LLC