یافتن راه هایی برای جذب، ذخیره و استفاده از دی اکسید کربن (CO2) یک مشکل جهانی فوری است. با ادامه افزایش دما، جلوگیری از ورود CO2 به اتمسفر می تواند به محدود کردن گرمایش در جایی که هنوز به سوخت های مبتنی بر کربن نیاز است کمک کند.

به گزارش پایان تیتر به نقل از ساینس ایکس، پیشرفت قابل توجهی در ایجاد فناوری های جذب کربن مقرون به صرفه و عملی صورت گرفته است. مایعات جذب کننده کربن که در صورت وجود به وفور به عنوان حلال شناخته می شوند، می توانند مولکول های CO2 را از نیروگاه های زغال سنگ، کارخانه های کاغذ و سایر منابع انتشار به طور موثر جذب کنند. با این حال، همه اینها از طریق شیمی بنیادی یکسانی کار می کنند، یا همان طور که محققان فرض کرده اند.

در کار جدیدی که در Nature Chemistry منتشر شد، دانشمندان با شگفتی متوجه شدند که حلال آشنا حتی امیدوارکننده‌تر از آن چیزی است که در ابتدا پیش‌بینی می‌شد. جزئیات جدید در مورد ساختار زیرین حلال نشان می دهد که مایع می تواند دو برابر بیشتر از آنچه قبلا تصور می شد CO2 در خود نگه دارد. ساختار تازه فاش شده همچنین می‌تواند کلید ایجاد مجموعه‌ای از مواد مبتنی بر کربن باشد که می‌تواند به حفظ CO2 بیشتر از جو کمک کند.

تیم آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام (PNNL) چندین سال پیش این حلال را توسعه داد و آن را در سناریوهای مختلف مورد مطالعه قرار داد. این تیم برای کاهش هزینه های استفاده از حلال و افزایش کارایی آن کار کرده است. سال گذشته، آنها کم‌هزینه‌ترین سیستم جذب کربن را تا به امروز معرفی کردند. در طول این تحقیق بود که تیم متوجه چیز عجیبی شد.

دیوید هلدبرانت، شیمیدان PNNL و نویسنده همکار، گفت: «ما در تلاش بودیم نوع متفاوتی از جداسازی گاز فشار بالا را انجام دهیم. “ما دیدیم که محلول به طور قابل توجهی ضخیم تر شد و یک قله جدید در طیف ما ظاهر شد که نشان می دهد چیز جدیدی شکل گرفته است. این کاملا غیرمنتظره بود و می دانستیم که باید به انتهای آن برسیم.”

هلدبرانت با همکاران خود در دانشگاه کلود برنارد لیون ۱ و دانشگاه تگزاس در ال پاسو تماس گرفت تا به حل تغییرات مولکولی در پس نتایج کمک کند.

خوزه لئوباردو بانوئلوس، استاد دانشگاه تگزاس در ال پاسو گفت: «این کار واقعاً یک تلاش میان رشته‌ای و مشارکتی است. “سوالاتی که ما باید بپرسیم به بیش از یک نوع تخصص نیاز داشت. ما به ساختار کلی حلال در مواجهه با CO2 نگاه کردیم و نظم قابل ملاحظه ای بیشتر از آنچه انتظار داشتیم مشاهده کردیم.”

به نظر می‌رسید که مولکول‌ها زمانی که باید جفت شوند در حال خوشه‌بندی بودند. اما ساختارهای جدید و منظم چه معنایی داشتند؟

ایجاد تغییر از طریق خوشه ها

هنگامی که تیم با استفاده از ابزارهای شیمی تحلیلی نگاهی تازه به سیستم حلال-CO2 انداخت، خوشه‌های مولکول‌های حلال را شناسایی کردند. در ابتدا، محققان سعی کردند داده ها را با مدلی که تنها از دو مولکول حلال استفاده می کرد، تطبیق دهند. علیرغم انتظارات اولیه آنها، داده ها با هم مطابقت نداشتند.

هنگامی که محققان از مدلی با چهار مولکول حلال استفاده کردند، نتایج در جای خود قرار گرفتند. یک خوشه چهار جزئی در واقع شکل حلالی بود که تیم دیده بود. ساختار انعطاف پذیر می تواند یک سری تغییرات را برای تطبیق مولکول های CO2 ورودی انجام دهد. دی‌اکسید کربن در نهایت به هسته خوشه می‌رسد، محل قرارگیری یک محل فعال که ممکن است شبیه به آنزیم‌هایی باشد که در داخل آنزیم‌ها وجود دارد. در واقع، ساختار کلی خوشه و فعل و انفعالات به نظر می رسد شبیه پروتئین است.

اندازه گیری حلال و دی اکسید کربن وجود چیزی غیرمنتظره را نشان داد. اعتبار: آندریا استار | آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام

پاکت اتصال محل فعال در مرکز شیمی تازه مشاهده شده است. به طور معمول، سیستم های جذب کربن با یک مولکول CO2 کار می کنند که متصل می شود و ممکن است واکنش نشان دهد تا چیزی متفاوت را تشکیل دهد. داشتن همه چیز محدود به واکنش هایی که شامل یک CO2 است، مراحل بعدی تبدیل کربن را محدود می کند. خوشه چیز متفاوتی را امکان پذیر می کند.

اوج غیرمنتظره ای که تیم در ابتدا پیدا کرد مربوط به تشکیل گونه جدیدی است که شامل دو مولکول مختلف CO2 است. خوشه ها CO2 را به صورت مرحله ای ترکیب می کنند، ابتدا یک مولکول را جذب و فعال می کنند و سپس دومی را فعال می کنند. داده‌ها یک اثر مشارکتی را نشان می‌دهند – داشتن یک مولکول CO2 متصل شده، نحوه اتصال مولکول دوم را تغییر می‌دهد.

Heldebrant گفت: “ما واقعاً در مورد امکانات جدید طراحی حلال که این امر باز می شود، هیجان زده هستیم.” “اگر بتوانیم راه هایی برای ایجاد همکاری عمدی که اتصال CO2 را افزایش می دهد، پیدا کنیم، می توانیم نحوه عملکرد سیستم های جذب کربن را تغییر دهیم.”

یافتن واکنش پذیری جدید

هنگامی که هر دو مولکول CO2 در داخل خوشه قرار می گیرند، می توانند با یکدیگر واکنش نشان دهند و مولکول های مبتنی بر کربن مختلف را ایجاد کنند که می توانند استفاده های بالقوه از CO2 جذب شده را گسترش دهند.

هلدبرانت گفت: «کاری که ما در اینجا انجام می دهیم تغییر یک متغیر اصلی در این فرآیند است. ما در طول تاریخ هر CO2 را به تنهایی جذب کرده‌ایم. اتصال دو CO2 به یکدیگر می‌تواند به ما کمک کند تا ظرفیت ذخیره‌سازی سیستم‌های جذب خود را دو برابر کنیم.

مولکول های تازه متصل خواص بسیار متفاوتی با CO2 دارند. این امر شیمی مورد نیاز برای جداسازی کربن جذب شده از حلال را تغییر می دهد. این مولکول های مبتنی بر CO2 بزرگتر هستند و اولین گام به سمت ایجاد پلیمرهای غنی از CO2 هستند.

یکی از مشکلات دائمی کربن جذب شده این است که با آن چه باید کرد. در حالی که ذخیره‌سازی طولانی‌مدت CO2 یک گزینه است، اما چالش‌های لجستیکی را ایجاد می‌کند و می‌تواند هزینه‌ای را به فرآیند جذب گران قیمت اضافه کند. یافتن راه‌هایی برای تبدیل CO2 جذب‌شده به محصولات با ارزش اقتصادی می‌تواند به جبران هزینه‌های جذب شده کمک کند و گامی به سوی چرخه کربن بسته ارائه کند.

این کار با پیوستن دو مولکول CO2 به یکدیگر در مرحله جذب اولیه، راه جدیدی را برای نزدیک شدن به تبدیل و استفاده کربن ارائه می دهد. به جای شروع با CO2، محققان می توانند گزینه های مختلفی برای ایجاد مواد شیمیایی جدید داشته باشند. این درها را به روی انواع مختلفی از شیمی باز می کند که قبلاً برای تبدیل CO2 غیرواقعی در نظر گرفته می شد. این گام‌های بعدی بالقوه تنها با تمرکز بر علم بنیادی پشت جذب کربن امکان‌پذیر است.

جولین لکلر، استاد دانشگاه کلود برنارد لیون ۱ و نویسنده همکار مقاله، می‌گوید: «استقرار سیستم‌های جذب کربن بسیار ضروری است. ما همیشه جزئیات مقیاس مولکولی این فرآیندها را به دلیل پیچیدگی آنها بررسی نمی کنیم. اما گاهی اوقات می توانیم بینشی پیدا کنیم که رفتار مولکولی و مقیاس بزرگ را به هم مرتبط می کند.

مترجم: بیتا جعفری

انتهای پیام/