فريق بحث سويسري يطور تقنية لالتقاط ثاني أكسيد الكربون خلال ثوانٍ لتنقية الهواء

يعمل الباحثون في معهد Empa السويسري على تطوير تقنية لالتقاط الهواء مباشرة، قادرة على إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي في أقل من ثانية. تعتمد هذه الطريقة على استخدام طلاء رقيق يحتوي على الأمين، بدلاً من الفلاتر المسامية الثقيلة، مما يسمح بامتصاص وإطلاق ثاني أكسيد الكربون بسرعة. هذه التقنية هي جزء من مشروع "استخراج الهواء" في Empa، الذي يستكشف كيفية التقاط الكربون من الغلاف الجوي وتحويله إلى مواد ومواد كيميائية قابلة لإعادة الاستخدام. وقد أجرى الباحثون محاكاة أولية للتدفق والعمليات، لكن لا يزال يتعين إجراء اختبارات تجريبية لتحديد ما إذا كانت هذه الطريقة قادرة على المنافسة مع أنظمة التقاط الهواء المباشر الحالية.

تقوم أنظمة التقاط الهواء المباشر عادةً بتحريك كميات كبيرة من الهواء عبر مواد مسامية، لتثبيت ثاني أكسيد الكربون. يتم بعد ذلك إطلاق الغاز الملتقط، عادةً عن طريق تسخين المواد وتطبيق فراغ أو بخار. نظرًا لأن تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يبلغ حوالي 430 جزء في المليون، يتعين على هذه الأنظمة معالجة كميات كبيرة من الهواء لجمع غاز الدفيئة بشكل ذي معنى. بينما تتبع طريقة Empa مسارًا مختلفًا. هدف الباحثين ليس هو تعظيم كمية ثاني أكسيد الكربون الملتقطة في كل دورة، بل يأملون في التقاط كميات أصغر بشكل أكثر تكرارًا.

آلية عمل التقنية الجديدة

يستخدم النظام المقترح طلاء رقيق يحتوي على مواد أمينية. هذه الطلاءات تمنع ثاني أكسيد الكربون من التعمق داخل الممتص المسامي، بل تثبت ثاني أكسيد الكربون بالقرب من السطح. وهذا يقلل من كمية المواد التي تحتاج إلى تسخين في مرحلة الإطلاق. "نظرًا لأن الكتلة الحرارية أقل، يمكن تسريع هذه العملية بشكل كبير." كما أوضح الباحث في Empa، Dirk Hegemann، في بيان صادر عن المعهد. هذه الطبقات الرقيقة يمكن أن تسخن وتبرد بسرعة، مما يسمح بعملية الامتصاص والإطلاق لثاني أكسيد الكربون بالتناوب في فترات زمنية أقصر بكثير مقارنة بالأنظمة التقليدية.

أفادت الباحثة في Empa، Sandra Galmarini، أن الهدف هو إتمام دورة واحدة في أقل من ثانية، بينما تحتاج الطرق التقليدية إلى عدة دقائق. التصميم المقترح يشبه حزام النقل. سطح متحرك مستمر مغطى بمادة الالتقاط، يمر عبر منطقتين. في المنطقة الأولى، يتدفق الهواء المحيط عبر الطلاء، مما يسمح لثاني أكسيد الكربون بالالتصاق بالسطح. في المنطقة الثانية، يتم تسخين المادة تحت ضغط منخفض، مما يحرر الغاز الملتقط، ويجهز الطلاء للدورة التالية. فصل هذه المراحل يمكن أن يسمح لكل منطقة بالعمل في ظروف مختلفة.

تحتاج جزء الالتقاط إلى تدفق هواء كافٍ، بينما تحتاج جزء الإطلاق إلى حجم غاز أصغر، لتقليل الطاقة المطلوبة للتسخين وخلق الفراغ.

إمكانات التصميم المعياري

يرى الباحثون أيضًا مزايا محتملة في التصميم المعياري للنظام. يمكن دمج عدة وحدات أصغر معًا، دون الحاجة إلى بناء مرافق التقاط أكبر وأكثر تعقيدًا. قد يساعد السطح المتحرك أيضًا في نقل الهواء، مما يقلل من الطاقة المطلوبة للمراوح. على الرغم من أن نتائج المحاكاة مشجعة، لم يقم الباحثون بعد بإجراء تحقق تجريبي لدورة الالتقاط التي تقل عن ثانية. يشير معهد Empa إلى الحاجة إلى منصة قياس جديدة لتحديد سرعة ارتباط وفصل ثاني أكسيد الكربون عن الطلاء الرقيق. كما يحتاج الفريق إلى تقييم كمية ثاني أكسيد الكربون التي يمكن التقاطها لكل وحدة حجم ووقت، واستقرار الطلاء في الدورات المتكررة، وأداء المناطق المحكمة والضغط عند السرعات العالية.

يعمل Hegemann على استخدام الطلاء البلازمي لتفعيل السطح، بينما يقوم الفريق البحثي الأوسع بتطوير الإعدادات التجريبية اللازمة لاختبار هذه العملية. التحدي الأساسي هو ما إذا كانت ميزة السرعة يمكن أن تتحول إلى أداء إجمالي ذي معنى. كل دورة تلتقط كميات أقل من ثاني أكسيد الكربون تعني أن النظام يجب أن يعمل بسرعة وبشكل متكرر لتحقيق إنتاجية تنافسية، دون استهلاك طاقة مفرطة للتسخين والتبريد وتدفق الهواء وتوليد الفراغ. إذا تم حل هذه التحديات، قد توفر هذه التقنية طريقة أكثر مرونة لالتقاط الهواء مباشرة.

التأثير المحتمل لتقنية الالتقاط السريع

يعتبر تطوير هذه التقنية ذا أهمية كبيرة في مواجهة تغير المناخ. غالبًا ما تكون طرق التقاط ثاني أكسيد الكربون التقليدية غير فعالة وتستهلك طاقة عالية، بينما من المتوقع أن تعزز تقنية الالتقاط خلال ثوانٍ التي طورها الفريق السويسري سرعة وكفاءة الالتقاط بشكل كبير. من خلال التصميم المعياري، يمكن أن تكون مرافق الالتقاط المستقبلية أكثر مرونة في التكوين، لتلبية احتياجات بيئات مختلفة. إذا تمكنت من التغلب على التحديات التقنية الحالية، قد تصبح هذه الطريقة المبتكرة أداة رئيسية في تقليل تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مما يؤثر بشكل عميق على السياسات المناخية العالمية وحماية البيئة.