مروری بر محتوای خبر
منبع: Earth.com | نویسنده: رودیلون پوتول | تاریخ انتشار: ژوئن ۲۰۲۵
دیاکسید کربن معمولاً بهعنوان گازی آلاینده و یکی از عوامل اصلی تغییرات اقلیمی شناخته میشود؛ گازی که از کارخانهها، خودروها و نیروگاهها منتشر میشود. اما اگر میتوانستیم این گاز زاید را به مادهای مفید تبدیل کنیم چه؟ این دقیقاً همان مسیری است که پژوهشگران دانشگاه میشیگان با همکاری دانشگاههای UC Davis و UCLA در پیش گرفتهاند.
ساخت سیمان از دیاکسید کربن
این گروه تحقیقاتی موفق به توسعه روشی شدهاند که در آن دیاکسید کربن به اگزالاتهای فلزی (metal oxalates) تبدیل میشود. این ترکیبات میتوانند بهعنوان مواد اولیه جایگزین در تولید سیمان مورد استفاده قرار گیرند.
چارلز مککروری، استاد شیمی و علوم مهندسی ماکرومولکولی دانشگاه میشیگان، گفت:
«این پژوهش نشان میدهد چطور میتوان دیاکسید کربن – که اغلب آن را مادهای بیارزش تلقی میکنیم – به مادهای باارزش تبدیل کرد. ما فقط آن را دفن نمیکنیم، بلکه از منابع مختلف استخراج کرده و به مادهای مفید بدل میسازیم.»
این پروژه در چارچوب مرکز بستن چرخه کربن (4C) و با حمایت مالی وزارت انرژی ایالات متحده آغاز شده است. یکی از اهداف اصلی این مرکز یافتن راهکارهای عملی برای جمعآوری و بازیافت CO₂ به جای انتشار آن در جو است.
جایگزینی برای سیمان پرکربن
سیمان پرتلند، رایجترین نوع سیمان، در فرآیندی انرژیبر و پرآلاینده تولید میشود که شامل حرارتدهی به سنگ آهک و سایر مواد معدنی است. پژوهشگران در این پروژه تصمیم گرفتند از خود CO₂ برای تولید پیشمادههایی استفاده کنند که بتوانند جایگزین مواد سنتی سیمان شوند.
اگزالاتهای فلزی ترکیبات نمکی سادهای هستند که میتوانند نقش پیشماده در فرآیند تولید سیمان را ایفا کنند. مدتهاست مشخص شده که سرب میتواند بهعنوان کاتالیزور در تبدیل CO₂ به اگزالاتهای فلزی عمل کند، اما مقدار زیاد سرب مورد نیاز، خطرات زیستمحیطی و بهداشتی جدی به همراه دارد.
کاهش چشمگیر مصرف سرب با کمک پلیمرها
دستاورد اصلی تیم 4C این بود که با استفاده از پلیمرها برای کنترل محیط شیمیایی اطراف کاتالیزور سربی، توانستند میزان سرب مورد نیاز را تا سطح ppb (قسمت در میلیارد) کاهش دهند. این مقدار، قابلمقایسه با ناخالصیهای طبیعی موجود در بسیاری از مواد تجاری است.
مککروری توضیح داد:
«یونهای فلزی با اگزالات ترکیب شده و ماده جامدی تولید میکنند که از محلول رسوب کرده و بهعنوان محصول قابلاستفاده در ساخت سیمان جمعآوری میشود.»
فناوری الکترود و ذخیرهسازی CO₂
این فرایند با استفاده از دو الکترود انجام میشود: یکی CO₂ را به یونهای محلول اگزالات تبدیل میکند و دیگری از جنس فلز، یونهایی آزاد میکند که با اگزالات پیوند خورده و اگزالاتهای فلزی جامد میسازند. این مواد جامد میتوانند در تولید سیمان استفاده شوند.
خسوس ولاسکز، از دانشگاه UC Davis و یکی از نویسندگان مقاله، اظهار داشت:
«اگزالاتهای فلزی جبههای کمتر بررسیشده هستند که میتوانند بهعنوان مواد سیمانی جایگزین، پیشماده سنتز و حتی راهکاری برای ذخیره دیاکسید کربن عمل کنند.»
آناستاسیا الکساندرووا، نویسنده همکار مقاله، با استفاده از مدلسازی رایانهای، صحت فرضیه را تأیید کرد.
او گفت:
«در بسیاری از فرایندهای صنعتی، کاتالیزورها اغلب بهصورت تصادفی کشف میشوند. استفاده از ناخالصیهای ناچیز مانند سرب در سطح ppb، راهی نوین و کمتر بررسیشده برای اکتشاف کاتالیزورهای کارآمد است.»
ذخیرهسازی CO₂ در سیمان
زمانی که CO₂ به اگزالاتهای فلزی جامد تبدیل شود، در شرایط عادی دیگر به جو بازنمیگردد. این بدان معناست که این روش نهتنها یک راهکار بازیافتی، بلکه یک روش ایمن برای ذخیرهسازی دیاکسید کربن نیز هست.
مککروری افزود:
«این فرآیند در واقع یک نوع جذب واقعی CO₂ است، چراکه محصول نهایی یک ماده جامد و مفید با کاربردهای بعدی است.»
افق صنعتیسازی
اگرچه هنوز مراحل بهینهسازی برای تولید صنعتی این ماده جامد در حال بررسی است، کاهش مقدار سرب به سطوح فوقالعاده پایین، مسیر توسعه صنعتی این فناوری را بسیار هموارتر میسازد.
مککروری گفت:
«ما هنوز تا صنعتی شدن فاصله داریم، اما فکر میکنم این روش پتانسیل مقیاسپذیری را دارد. دلیل اصلی ما برای رساندن سرب به سطح ppb همین بود؛ چون در مقیاس صنعتی، مصرف مقدار زیادی سرب غیرقابلقبول است.»
نتایج کامل این مطالعه در مجله Advanced Materials منتشر شده است.
