هل يمكن تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود؟
1. كيف يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود؟
أولا، استخدام الطاقة الشمسية للتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى وقود. يستخدم الباحثون الطاقة الشمسية لفصل ثاني أكسيد الكربون والماء لإنتاج غازات مثل الهيدروجين وأول أكسيد الكربون والميثان، والتي تتم معالجتها بعد ذلك لتحويلها إلى مواد كيميائية يمكن استخدامها كوقود. وبهذه الطريقة نجح العلماء في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون، وهو المطلوب لتفاعل زفياك (Zviack).
ثانيًا، تُستخدم الميكروبات لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مادة عضوية. استخدام الكائنات الحية الدقيقة (بما في ذلك الطحالب والبكتيريا وغيرها) لإجراء عملية التمثيل الضوئي، وتحويل الطاقة الضوئية مباشرة إلى طاقة كيميائية، وتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مادة عضوية مثل السكر لإنتاج وقود الكتلة الحيوية. على سبيل المثال، يستخدم الباحثون الطحالب لتحويل الطاقة الشمسية وثاني أكسيد الكربون إلى زيت وكتلة حيوية أخرى لصنع أشياء مثل الديزل الحيوي والبنزين الحيوي.
وأخيرًا، يتم استخدام تفاعل كيميائي لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود. على سبيل المثال، يستخدم الباحثون التفاعلات الكيميائية الحرارية أو الكهروكيميائية لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أمونيا أو مواد عضوية أخرى، والتي يمكن بعد ذلك معالجتها إلى مواد كيميائية يمكن استخدامها كوقود. على سبيل المثال، يتم استخدام الاختزال الكهروكيميائي لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أحماض رسمية أو مواد عضوية مثل حمض الفورميك، والتي يتم تصنيعها بعد ذلك إلى وقود، وما إلى ذلك.
2. هل يمكن تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أشياء أخرى؟
المواد التي يمكن أن تتفاعل معها ثاني أكسيد الكربون وتشمل النباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة وبعض التفاعلات الكيميائية.
تعتبر النباتات أهم محولات ثاني أكسيد الكربون. وهي تحول ثاني أكسيد الكربون إلى مادة عضوية من خلال عملية التمثيل الضوئي، وبالتالي توفر الطاقة التي تحتاجها الكائنات الحية. التمثيل الضوئي هو العملية التي تمتص النباتات من خلالها الماء وثاني أكسيد الكربون من طاقة الشمس، ثم تستخدم ذرات الكربون الموجودة فيها لصنع السكريات والمواد العضوية الأخرى، مع إطلاق الأكسجين. وتستخدم النباتات هذه المواد العضوية كمواد أولية لنموها وتكاثرها، كما تفرز النباتات ثاني أكسيد الكربون أيضاً، وبذلك تكتمل دورة ثاني أكسيد الكربون.
كما يمكن للحيوانات والكائنات الحية الدقيقة تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين من خلال عملية التنفس، وخاصة بعض الكائنات البحرية، مثل الأعشاب البحرية وغيرها، حيث يمكنها تحويل كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون إلى مادة عضوية، وبالتالي تغيير البيئة البحرية.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن لبعض التفاعلات الكيميائية أيضًا تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد أخرى. على سبيل المثال، يمكن أن يحول حرق الفحم ثاني أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكبريت وماء، ويمكن لكربونات الكالسيوم تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كربونات الكالسيوم، والتي يمكن استخدامها لصنع مواد مثل المعادن والأسمنت. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لبعض التفاعلات الكيميائية أيضًا تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى هيدروكربونات، مثل الميثان، واستخدامها لأغراض مختلفة.
وباختصار، فإن النباتات والحيوانات والميكروبات وبعض التفاعلات الكيميائية كلها قادرة على تغيير البيئة عن طريق تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد أخرى.
3. هل يمكننا تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى فحم مرة أخرى؟
من الناحية النظرية، فمن الممكن أيضا.
من أين أتى الفحم؟ يتم إنتاجه عن طريق النباتات المدفونة في الأرض. يأتي عنصر الكربون الموجود في النباتات أحيانًا من امتصاص النباتات له ثاني أكسيد الكربون في الهواء وتحويلها إلى مواد عضوية من خلال عملية التمثيل الضوئي. لذلك، بالنسبة لنفس العدد من مولات ذرات الكربون، تكون طاقة ثاني أكسيد الكربون أقل من طاقة الفحم. لذلك، في الطبيعة، يمكن أن يستمر تفاعل حرق الفحم لتوليد ثاني أكسيد الكربون تلقائيًا عند اكتمال الطاقة الأولية (مثل الاشتعال)، لكن عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مادة عضوية لا يمكن أن تتم تلقائيًا، ويجب أن تمر عبر عملية التمثيل الضوئي، وتأتي الطاقة من الشمس.
إذا تحدثنا عن التكرير الاصطناعي، فيمكننا محاكاة عملية التمثيل الضوئي وتكوين الفحم. ومع ذلك، لا توجد فائدة اقتصادية على الإطلاق.
4. هل يمكن تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى غاز طبيعي؟
نعم الطريقة الكيميائية تستهلك الكثير من الطاقة، لذا فإن المكسب يساوي الخسارة.
إن زراعة الأشجار، واستخدام الطبيعة للتحول، تستغرق وقتاً طويلاً، وتتطلب جهوداً طويلة الأمد من الجميع، وسياسات Z-F الثابتة والمتسقة والعملية والفعالة لزيادة الغطاء النباتي للأرض، وليس تقليله. وبعد أن يستهلك الغطاء النباتي ثاني أكسيد الكربون، فإنه من خلال حركة القشرة الأرضية يتحول إلى نفط وغيره كما كان الحال في العصور القديمة.
وهناك أيضًا نوع من الحبوب يمتص ثاني أكسيد الكربون، وينتج مباشرة الكحول والغاز الحيوي من الحبوب والقش، وهو أيضًا تحول
5. ماذا يحدث عندما يختلط ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين؟
ثاني أكسيد الكربون ويمكن أن يتفاعل الهيدروجين لإنتاج منتجات مختلفة تحت ظروف تفاعل مختلفة:
1. يتفاعل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين عند درجة حرارة عالية لتكوين أول أكسيد الكربون والماء؛
2. يتفاعل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين تحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع لتكوين الميثان والماء. الميثان هو أبسط مادة عضوية والمكون الرئيسي للغاز الطبيعي والغاز الحيوي وغاز الحفرة وما إلى ذلك، المعروف باسم الغاز؛
3. يتفاعل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين عند درجة حرارة عالية ويضاف إليهما مركب محفز روثينيوم - فوسفين - كروم لإنتاج الميثانول وهو أبسط كحول أحادي الهيدريك مشبع وهو سائل عديم اللون ومتطاير وله رائحة كحولية. يتم استخدامه لإنتاج الفورمالديهايد والمبيدات الحشرية وغيرها، ويستخدم كمستخرج للمواد العضوية ومفسد للكحول.
6. تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود سائل
نجح الكيميائيون في جامعة إلينوي في إنتاج الوقود من الماء وثاني أكسيد الكربون والضوء المرئي من خلال عملية التمثيل الضوئي الاصطناعي. ومن خلال تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى جزيئات أكثر تعقيدًا مثل البروبان، نجحت تكنولوجيا الطاقة الخضراء في المضي قدمًا لتسخير ثاني أكسيد الكربون الزائد وتخزين الطاقة الشمسية في شكل روابط كيميائية لاستخدامها خلال فترات انخفاض ضوء الشمس وذروة الطلب على الطاقة.
تستخدم النباتات ضوء الشمس لدفع تفاعل الماء وثاني أكسيد الكربون لإنتاج الجلوكوز عالي الطاقة لتخزين الطاقة الشمسية. وفي الدراسة الجديدة، طور الباحثون تفاعلًا اصطناعيًا باستخدام جزيئات الذهب النانوية الغنية بالإلكترونات كمحفز لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى وقود باستخدام الضوء الأخضر المرئي الذي تستخدمه النباتات في عملية التمثيل الضوئي الطبيعي. ونشرت هذه النتائج الجديدة في مجلة Nature Communications.
وقال براشانت جاين، أستاذ الكيمياء والمؤلف المشارك في الدراسة: "هدفنا هو إنتاج هيدروكربونات معقدة وقابلة للتسييل من ثاني أكسيد الكربون الزائد ومصادر الطاقة المستدامة مثل الطاقة الشمسية". "الوقود السائل مثالي لأنه متوافق مع الوقود الغازي. فهو أسهل وأكثر أمانا وأكثر اقتصادا في النقل، وهو مصنوع من جزيئات طويلة السلسلة ذات روابط أكثر، مما يعني أنها أكثر كثافة من حيث الطاقة."
في مختبر جاين، استخدم سونغجو يو، باحث ما بعد الدكتوراه والمؤلف الأول للدراسة، محفزًا معدنيًا لامتصاص الضوء الأخضر ونقل الإلكترونات والبروتونات اللازمة للتفاعل الكيميائي لثاني أكسيد الكربون والماء، حيث يعمل بمثابة الكلوروفيل في عملية التمثيل الضوئي الطبيعي.
وقال جاين إن جزيئات الذهب النانوية تعمل بشكل جيد كمحفزات لأن أسطحها تتفاعل بسهولة مع جزيئات ثاني أكسيد الكربون، وتمتص الطاقة الضوئية بشكل فعال دون أن تتحلل مثل المعادن الأخرى المعرضة للصدأ.
هناك طرق عديدة لإطلاق الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية للوقود الهيدروكربوني. ومع ذلك، فإن الطريقة البسيطة والتقليدية لحرقها ستؤدي في النهاية إلى إنتاج المزيد من ثاني أكسيد الكربون، وهو ما يتعارض مع فكرة التقاط وتخزين الطاقة الشمسية في المقام الأول، كما قال جاين.
وقال: "هناك تطبيقات أخرى غير تقليدية للهيدروكربونات مصنوعة بهذه الطريقة". "يمكنها توليد التيار والجهد لتشغيل خلايا الوقود. هناك العديد من المختبرات حول العالم تعمل على كيفية جعلها أكثر كفاءة." تحويل الطاقة الكيميائية الموجودة في الهيدروكربونات إلى طاقة كهربائية."
