ترکیب نوآورانهای که توسط زهرا اسحاقی گرجی، پژوهشگر پسادکترای دانشگاه هلسینکی، توسعه یافته است، میتواند گامی مهم در مسیر بهینهسازی فناوریهای جذب مستقیم کربن از هوا محسوب شود. این ماده جدید قادر است به ازای هر گرم، ۱۵۶ میلیگرم کربن دیاکسید را از هوای محیط جذب کند؛ آن هم بدون نیاز به مصرف انرژی بالا. جذب مستقیم کربن دیاکسید از هوای رقیق همواره بهعنوان فرآیندی پرهزینه و انرژیبر شناخته میشده است، اما یافتههای جدید پژوهشگران فنلاندی نشان میدهد که میتوان این معادله را بازتعریف کرد. اهمیت این دستاورد در شرایطی دوچندان میشود که نیاز جهانی به راهکارهای عملی و کممصرف برای کاهش گازهای گلخانهای، بیش از هر زمان دیگری احساس میشود.
به گزارش رسانه اخبار فناوری تک فاکس، این ماده در گروه شیمی دانشگاه هلسینکی طراحی و ساخته شده و ویژگی برجسته آن، جذب انتخابی کربن دیاکسید از هوای محیط است. این ترکیب بدون آنکه با نیتروژن، اکسیژن یا سایر گازهای رایج موجود در جو واکنش دهد، مستقیماً مولکولهای کربن دیاکسید را هدف قرار میدهد. نکته مهم دیگر آن است که فرآیند جذب در این روش نیازی به اعمال گرمای شدید ندارد؛ موضوعی که یکی از چالشهای اصلی فناوریهای فعلی جذب مستقیم هوا بهشمار میرود. این ویژگی باعث میشود استفاده از این ماده نهتنها از نظر فنی، بلکه از نظر اقتصادی نیز جذابتر باشد و مسیر استفاده گستردهتر از آن در سامانههای واقعی هموارتر شود.
پایه شیمیایی این روش بر ترکیبی متشکل از یک ابرباز و یک الکل بنا شده است. ابرباز یا ابرقلیا در شیمی به موادی اطلاق میشود که خاصیت بازی بسیار شدیدی دارند و تمایل بالایی به جذب پروتون نشان میدهند. اگرچه یون هیدروکسید قویترین باز در محیطهای آبی محسوب میشود، اما برخی بازها بهقدری قوی هستند که امکان حضور پایدار در آب را ندارند. این دسته از ترکیبات نقش مهمی در سنتز آلی و شیمی فیزیک آلی ایفا میکنند و نخستینبار مفهوم آنها در دهه ۱۸۵۰ مطرح شد. استفاده هوشمندانه از چنین بازهایی در ترکیب جدید، کلید دستیابی به عملکرد بالای جذب کربن بوده است.
آزمایشهای انجامشده در گروه تحقیقاتی پروفسور تیمو ریپو نشان داد که این ماده عملکردی فراتر از انتظار دارد. تنها یک گرم از این ترکیب توانست ۱۵۶ میلیگرم کربن دیاکسید را از هوای تصفیهنشده جذب کند؛ عددی که بهوضوح از بسیاری از روشهای موجود جذب مستقیم هوا بالاتر است. افزون بر این، عدم واکنش این ماده با سایر گازهای جوی، آن را به گزینهای انتخابی و دقیق تبدیل میکند. چنین ویژگیای نهتنها بازده فرآیند را افزایش میدهد، بلکه پیچیدگی مراحل جداسازی بعدی را نیز کاهش میدهد؛ عاملی که در مقیاس صنعتی اهمیت حیاتی دارد.
یکی از مهمترین مزایای این ترکیب، سهولت آزادسازی کربن دیاکسید جذبشده است. برای بازیابی گاز جذبشده، کافی است ماده به مدت ۳۰ دقیقه تا دمای ۷۰ درجه سانتیگراد گرم شود. این دمای پایین در مقایسه با بسیاری از جاذبهای متداول، یک پیشرفت قابل توجه بهشمار میآید. زهرا اسحاقی گرجی در اینباره میگوید: «سهولت آزادسازی کربن دیاکسید مزیت کلیدی این ترکیب جدید است.» او تأکید میکند که در بسیاری از ترکیبات رایج، آزادسازی کربن دیاکسید به دماهایی بالاتر از ۹۰۰ درجه سانتیگراد نیاز دارد؛ موضوعی که مصرف انرژی و هزینه را بهشدت افزایش میدهد.
این ماده علاوه بر بازده بالا، از دوام قابل توجهی نیز برخوردار است. نتایج آزمایشها نشان میدهد که پس از ۵۰ چرخه استفاده، حدود ۷۵ درصد از ظرفیت جذب اولیه حفظ میشود و این رقم پس از ۱۰۰ چرخه به حدود ۵۰ درصد میرسد. چنین سطحی از پایداری، قابلیت استفاده مجدد از ماده را تضمین میکند و میتواند در صورت توسعه صنعتی، به کاهش چشمگیر هزینههای عملیاتی منجر شود. پژوهشگران بر این باورند که دوام مناسب، یکی از پیششرطهای اصلی برای ورود هر فناوری جذب کربن به بازارهای واقعی و کاربردهای بلندمدت است.
از منظر ایمنی و هزینه تولید نیز این ترکیب شرایط مطلوبی دارد. اسحاقی گرجی توضیح میدهد که این کشف نتیجه بیش از یک سال آزمایش ترکیبات پایه مختلف بوده و در نهایت، مؤثرترین باز در ترکیب با بنزیل الکل، مایع نهایی جذبکننده کربن را شکل داده است. به گفته او، تولید هیچیک از اجزای این ماده پرهزینه نیست و مایع حاصل نیز غیرسمی محسوب میشود. گام بعدی پژوهش، تمرکز بر مقیاسبندی این فناوری و تبدیل ترکیب مایع به شکل جامدی مناسب برای کاربردهای صنعتی است؛ فرآیندی که احتمالاً با اتصال این ماده به ساختارهایی مانند سیلیس و اکسید گرافن انجام خواهد شد تا تعامل با کربن دیاکسید تقویت شود.