مهندسان دانشگاه ایلینوی در اربانا-شمپین و موسسه تحقیقاتی تویوتا در آمریکای شمالی، دستگاه جدیدی طراحی کردهاند که با بهرهگیری از برق و فرایند شیمیایی مبتنی بر محلول آبنمک، دیاکسیدکربن (CO₂) را بهطور مستقیم از هوای محیط جذب میکند. این فناوری که عملکردی مشابه باتری قابل شارژ دارد، میتواند نسبت به روشهای متداول، انرژی کمتری برای جذب این گاز گلخانهای مصرف کند.
دانشمندان بر این باورند که کاهش انتشار گازهای گلخانهای بهتنهایی برای مهار گرمایش جهانی کافی نیست زیرا در دهههای گذشته، حجم زیادی از دیاکسیدکربن در جو زمین انباشته شده است و برای دستیابی به اهداف جهانی مقابله با تغییرات اقلیمی، باید بخشی از این گاز نیز از جو حذف شود.
بیشتر سیستمهای کنونی جذب کربن، دیاکسیدکربن را پیش از ورود به جو از منابعی با غلظت بالا مانند نیروگاهها و واحدهای صنعتی جمعآوری میکنند. هرچند این فناوریها اهمیت زیادی دارند، اما قادر به حذف دیاکسیدکربنی نیستند که پیشتر در سراسر جو پراکنده شده است.
فناوری جدید برای رفع همین چالش و در قالب روشی موسوم به «جذب مستقیم از هوا» توسعه یافته است. برخلاف بسیاری از سیستمهای موجود که برای جذب و آزادسازی دیاکسیدکربن به گرما وابسته هستند، این دستگاه از برق برای هدایت مجموعهای از واکنشهای شیمیایی در محلول آبنمک استفاده میکند؛ رویکردی که امکان تامین انرژی آن از منابع تجدیدپذیر را نیز افزایش میدهد.
هسته اصلی این سیستم از الکترودهایی ساخته شده است که با دیاکسید منگنز پایدارشده با پتاسیم، تولید شدهاند. با عبور جریان برق، میزان اسیدی یا قلیایی بودن محلول آبنمک تغییر میکند. در مرحله نخست، محلول قلیاییتر شده و دیاکسیدکربن موجود در هوا را جذب میکند. سپس با تغییر جریان الکتریکی، قلیایی محلول کمتر میشود و دیاکسیدکربن حلشده بهصورت گاز غلیظ از محلول جدا میشود تا برای ذخیرهسازی زیرزمینی یا استفاده مجدد در فرایندهای صنعتی جمعآوری شود.
پژوهشگران این چرخه را به عملکرد یک باتری تشبیه میکنند بهگونهای که جریان برق زمان جذب و آزادسازی دیاکسیدکربن را کنترل میکند.
آنان برای افزایش بازدهی، عملکرد سیستم را با استفاده از اصول مهندسی رایج در نیروگاهها و موتورهای حرارتی بررسی کردند. پژوهشگران بهجای تمرکز بر فشار و دما، تغییرات غلظت دیاکسیدکربن محلول و یونهای پتاسیم را در بخشهای مختلف دستگاه تحلیل کردند. این بررسی به شناسایی نقاط اتلاف انرژی و اصلاح چرخه عملکرد دستگاه برای افزایش بهرهوری کمک کرد.
این فناوری با وجود نتایج امیدوارکننده آزمایشگاهی، هنوز با چالشهایی برای تجاریسازی روبهرو است. یکی از مهمترین مشکلات، جلوگیری از مخلوط شدن دو جریان مایع درون دستگاه است زیرا مخلوط شدن موجب کاهش کارایی و بازده سیستم میشود.
پژوهشگران میگویند: رفع این مشکل، یکی از مهمترین گامهای بعدی در توسعه فناوری خواهد بود.
طبق گزارش تک نیوز، نتایج این پژوهش نشان میدهد که ترکیب پیشرفتهای علوم مواد، الکتروشیمی و مهندسی میتواند راهکارهای نوینی برای حذف دیاکسیدکربن از جو ارائه دهد. اگر این فناوری در مقیاس صنعتی توسعه یابد، میتواند در کنار کاهش انتشار گازهای گلخانهای، به حذف بخشی از دیاکسیدکربن موجود در جو و نزدیکتر شدن به اهداف بلندمدت مقابله با تغییرات اقلیمی کمک کند.
نتایج این پژوهش در نشریه Environmental Science & Technology منتشر شده است.
انتهای پیام
