حقق فريق من العلماء الكوريين من معهد جوانغجو للعلوم والتكنولوجيا (GIST) بقيادة البروفيسور جاي يونغ لي، والدكتور مينجون تشوي، والدكتور سوآن باي، تقدما مذهلا من خلال تطوير تقنية كهروكيميائية فريدة من نوعها لتحويل CO₂ إلى كحول الأليل، وهو مركب عالي القيمة يُستخدم في العديد من الصناعات.
تحويل CO₂ إلى ذهب سائل: تحديات ونجاحات
تُعد تقنية الاختزال الكهروكيميائي لثاني أكسيد الكربون إحدى الركائز الأساسية لتحقيق الحياد الكربوني، إذ تتيح تحويل الغازات الضارة إلى مركبات نافعة، ومع ذلك فإن إنتاج مركبات معقدة تحتوي على ثلاث ذرات كربون أو أكثر، مثل كحول الأليل (C₃H₆O)، يواجه عدة تحديات. أبرزها:
كفاءة منخفضة في التحويل: لا تتجاوز الكفاءة الفارادايّة في الطرق التقليدية 15%، ما يعني أن معظم الطاقة الكهربائية تهدر دون إنتاج المادة المطلوبة.
مسارات تفاعلية معقدة: تعقيد في تكوين الروابط بين ذرات الكربون، إلى جانب انخفاض استقرار المركبات الوسيطة، يؤدي إلى انخفاض مردودية العملية.
لكن الفريق الكوري تجاوز هذه التحديات بنجاح، حيث صمم محفزا نحاسيا غنيا بالفوسفور عبر دمج فوسفيد النحاس (CuP₂) مع محفز تأكسدي من النيكل والحديد (NiFe) داخل منظومة كهروكيميائية متقدمة.
النتائج كانت مذهلة، حيث سجّل الفريق:
كفاءة فاراداي بلغت 66.9%، أي نحو أربعة أضعاف أعلى قيمة مسجّلة سابقا.
كثافة تيار جزئي وصلت إلى 735.4 ملي أمبير/سم².
معدل إنتاج 1643 ميكرومول/سم²/ساعة.
وتم تحقيق هذه القيم عند تطبيق تيار كهربائي يصل إلى 1100 ملي أمبير/سم²، ما يؤكد قابلية التقنية للتوسّع الصناعي.
أهمية كحول الأليل والتطبيقات الصناعية
يمثل كحول الأليل مادة خامة ضرورية في العديد من القطاعات الصناعية مثل:
صناعة البلاستيك
اللاصقات والمذيبات
المعقمات الطبية
العطور والمركبات العطرية
وبالتالي، فإن القدرة على إنتاجه بكفاءة عالية من غاز CO₂ تمثّل نقلة نوعية نحو اقتصاد دائري مستدام.
آلية تفاعلية جديدة وغير تقليدية
الميزة الأبرز في التقنية الكورية الجديدة هي أنها تتبع مسارا تفاعليا مختلفا تماما عن الطرق التقليدية، بينما تعتمد الطرق التقليدية على مسار أولي قائم على أول أكسيد الكربون (CO)، فإن التقنية الجديدة تنفذ تكوين روابط الكربون-كربون أثناء تحويل الفورمات إلى الفورمالديهايد، وهي خطوة وسيطة نادرة تؤدي إلى إنتاج مباشر لمركبات سائلة قابلة للتخزين والنقل بسهولة.
آفاق اقتصادية وصناعية واسعة
يؤكد البروفيسور لي أن هذه التقنية قد تغيّر قواعد اللعبة بالنسبة للصناعات الكبرى مثل:
الفحم
البتروكيماويات
الصلب
والتي تواجه ضغوطا متزايدة لتقليل انبعاثاتها الكربونية. فإنتاج كحول الأليل من CO₂ يمثّل فرصة جديدة لتحويل النفايات الغازية إلى مصدر ربح اقتصادي مستدام.
وفي هذا الإطار، أوضح الدكتور تشوي أن تطبيق التقنية في منظومات الإنتاج المستمر وأنظمة الغشاء الكهروكيميائي ذات الفجوة الصفرية قد يتيح إنتاجا مستداما واسع النطاق للوقود السائل والمركبات الكيميائية، مما يقلّل الاعتماد على الوقود الأحفوري ويقود إلى مستقبل أكثر خضرة.
نحو مستقبل خالٍ من الكربون
هذا الابتكار يمثل خطوة حاسمة نحو مستقبل حيادي كربوني، من خلال تجاوز التركيز التقليدي على المركبات البسيطة المحتوية على ذرتي كربون (C1 وC2)، تفتح الدراسة الباب أمام تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مركبات معقدة وعالية القيمة (C3+)، ما يُضفي على التقنية بُعدا اقتصاديا واستراتيجيا.