علمی، پژوهشی و فناوری

پودر معجزه‌آسا کربن را از هوا می‌مکد

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا برکلی ماده‌ای به شکل پودر اختراع کرده‌اند که کربن دی اکسید را با عملکرد شگفت انگیزی از هوا جذب می‌کند.

فقط ۲۰۰ گرم از این پودر موسوم به «COF-999» می‌تواند ۲۰ کیلوگرم CO۲ جذب کند، یعنی همان کاری که یک درخت در طول یک سال انجام می‌دهد.

عبارت COF در نام این پودر مخفف کلمات «Covalent Organic Frameworks» به معنای «چارچوب‌های آلی کووالانسی» است. این اصطلاح به دسته‌ای از مواد بلوری متخلخل اشاره دارد که دارای منافذ بزرگ، سطح زیاد و چگالی کم هستند. این باعث می‌شود آنها برای جذب مستقیم از هوا(DAC) و فرآیند مکش CO2 موجود از هوا مناسب باشند.

با توجه به سطوح هشدار دهنده غلظت CO2 در جو امروزی زمین، این از آن دسته پیشرفت‌هاست که جهان به آن نیاز دارد.

COF-999 چگونه کربن را از هوا جذب می‌کند؟

این ماده توسط گروهی به سرپرستی عمر یاغی(Omar Yaghi) ‌استاد شیمی در دانشگاه کالیفرنیا برکلی و مخترع COF ساخته شده است. او از دهه ۱۹۹۰ در حال توسعه چنین موادی بوده است.

COF-999 دارای منافذ تزئین شده با ترکیباتی به نام آمین(amine) است که می‌تواند بر روی مولکول‌های CO2 بنشیند. ساختار متخلخل آن اجازه می‌دهد تا سطح بزرگی برای جذب کربن وجود داشته باشد، در حالی که پیوندهای کووالانسی آن فوق العاده قوی هستند.

بنابراین همین‌طور که هوای محیط از پودر عبور می‌کند، پلیمرهای آمین در COF-999 به CO2 که اسیدی است، می‌چسبند و آن را به دام می‌اندازند.

در حالی که روش‌های DAC قبلاً از محلول‌های آمین در آب استفاده می‌کردند، COF-999 از بسیاری جهات ماده بهتری برای این کار است. برای شروع، لازم نیست آن را گرم کنید تا کار کند. همچنین می‌تواند CO2 را در دمای اتاق جذب کند. ضمن اینکه می‌تواند حداقل ۱۰۰ بار بدون کاهش یا از دست دادن ظرفیت خود، مورد استفاده مجدد قرار گیرد و می‌تواند به طور انتخابی مقدار زیادی CO2 را جذب کند.

زیهوی ژو(Zihui Zhou) از محققان این مطالعه می‌گوید COF-999 کربن دی اکسید را حداقل ۱۰ برابر سریع‌تر از سایر مواد DAC جذب می‌کند.

هنگامی که این پودر، CO2 را جذب کرد، می‌توان آن را تا دمای ۶۰ درجه سانتیگراد حرارت داد تا کربن دی اکسید جذب شده توسط آن آزاد شود. سپس می‌توان آن کربن دی ‌اکسید را به ‌طور دائم در سازندهای زمین‌شناسی زیرزمینی حبس کرد تا جو را آلوده نکند یا برای تولید موادی مانند بتن و پلاستیک استفاده شود.

آیا حالا می‌توانیم شروع به تمیز کردن هوا کنیم؟

نیروگاه‌های DAC در حال حاضر در سرتاسر جهان در حال کار هستند، اما راه‌اندازی آنها گران و انرژی‌بر است.

طبق گزارش مجمع جهانی اقتصاد، در حال حاضر بین ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ دلار برای حذف هر یک تن CO2 از هوا هزینه می‌شود. این سازمان سال گذشته اشاره کرد که این رقم باید به کمتر از ۲۰۰ دلار کاهش یابد تا این فناوری به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد.

در مورد COF-999، قبل از تبدیل شدن به یک راهکار اصلی، نیاز به آزمایش و اصلاح بیشتری وجود دارد که به گفته یاغی ممکن است حدود دو سال طول بکشد.

این ماده را می‌توان برای جذب بیشتر CO2 و مدیریت چرخه‌های ضبط کربن بیشتر از قبل، بهینه کرد.

یاغی همچنین در مورد هزینه تولید COF-999 می‌گوید هنوز چیزی مشخص نیست، بنابراین ما نمی‌دانیم که چقدر به کاهش هزینه‌های DAC کمک می‌کند. با این حال او خاطرنشان کرد که برای تولید آن نیازی به مواد گران‌قیمت نیست، بنابراین امکان کاهش هزینه فرآیند تجاری جذب کربن وجود دارد.

به گفته آژانس بین المللی انرژی، ما در حال حاضر سالانه تنها ۰.۰۱ مگاتن CO۲ در سراسر جهان جذب می‌کنیم. این بخش کوچکی از ۸۵ مگاتنی است که ما باید سالانه تا سال ۲۰۳۰ حذف کنیم.

در عین حال، هیئت بین دولتی تغییرات آب و هوا تخمین می‌زند که ما باید تا سال ۲۰۵۰ سالانه ۱۰ میلیارد تن CO۲ حذف کنیم تا به انتشار خالص صفر برسیم.

واضح است که کارهای زیادی باید انجام شود و امیدواریم در آینده نزدیک شاهد اختراعات بیشتری مانند این پودر زرد رنگ شگفت انگیز باشیم.

مقاله‌ای در مورد این مطالعه به تازگی در مجله «نیچر»(Nature) منتشر شده است.