ما اغلب دی‌اکسیدکربن را گازی آلوده می‌دانیم و این گاز محصول جانبی کارخانه‌ها، ماشین‌ها و نیروگاه‌هاست و یکی از عوامل اصلی تغییرات اقلیمی محسوب می‌شود اما تصور کنید، بتوانیم این گاز زائد را به چیز مفیدی تبدیل کنیم؛ این دقیقا همان چیزی است که دانشمندان دانشگاه «میشیگان» به همراه همکارانی از دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس، روی آن کار کرده‌اند. این گروه روشی را برای تبدیل دی‌اکسیدکربن به اگزالات فلزی توسعه داده است که می‌تواند به‌عنوان بلوک‌های سازنده در تولید سیمان مورد استفاده قرار گیرد.

استفاده مفید از دی‌اکسیدکربن

محقق این تحقیق، چارلز مک‌کوری، دانشیار شیمی و علوم و مهندسی ماکرومولکولی گفت: نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که چگونه می‌توانیم دی‌اکسیدکربن را که همه می‌دانند یک محصول زائد با ارزش بسیار اندک یا صفر است، گرفته و به چیزی ارزشمند تبدیل کنیم.

ما می‌توانیم دی‌اکسیدکربن را از منابع مختلف جمع‌آوری و برای اهداف مفید استفاده می‌کنیم. این کار از طرحی به نام «بستن چرخه کربن»(۴C) که توسط وزارت انرژی آمریکا تامین مالی شده، سرچشمه گرفته است. یکی از اهداف این مرکز یافتن راه‌های عملی برای جذب و استفاده مجدد از دی‌اکسیدکربن است و نه اینکه صرفا آن را در هوا آزاد کنیم.

رایج‌ترین نوع سیمان که به سیمان «پرتلند» معروف است، با حرارت دادن سنگ آهک و سایر مواد معدنی ساخته می‌شود. این فرآیند به انرژی زیادی نیاز دارد و مقدار قابل توجهی دی‌اکسیدکربن تولید می‌کند. محققان می‌خواستند با استفاده از دی‌اکسیدکربن برای ایجاد موادی که می‌توانند جایگزین مواد تشکیل‌دهنده سیمان سنتی شوند، روند کار را تغییر دهند. این گروه بر اگزالات‌های فلزی تمرکز کرد، اینها ترکیبات نمکی ساده‌ای هستند که می‌توانند به‌عنوان پیش‌سازهای جایگزین سیمان عمل کنند.

دانشمندان مدت‌هاست می‌دانند که سرب می‌تواند به‌عنوان کاتالیزوری برای تبدیل دی‌اکسیدکربن به اگزالات‌های فلزی عمل کند اما معمولا برای انجام این فرآیند به مقدار زیادی سرب نیاز است و این امر خطرات جدی زیست‌محیطی و بهداشتی را به همراه دارد.

مقدار ناچیزی از سرب تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند

این همان جایی است که این گروه به موفقیت بزرگی دست یافت و آنان از پلیمرها برای کنترل محیط شیمیایی کاتالیزور سرب استفاده کردند. این کنترل به متخصصان اجازه داد تا مقدار سرب مورد نیاز را به یک میلیاردم و سطحی آنقدر پایین که با ناخالصی‌های رایج موجود در مواد تجاری قابل مقایسه است، کاهش دهند.

مک‌کروری توضیح داد: آن یون‌های فلزی با اگزالات ترکیب می‌شوند تا یک جامد تشکیل دهند و آن جامد از محلول جدا می‌شود. این محصولی است که ما جمع‌آوری می‌کنیم و می‌توانیم آن را به‌عنوان بخشی از فرآیند ساخت سیمان مخلوط کنیم. با تنظیم ترکیب شیمیایی اطراف کاتالیزور، محققان توانستند راندمان واکنش را با استفاده از تنها مقادیر بسیار کمی سرب افزایش دهند.

ساخت سیمان از دی‌اکسیدکربن

سایت ارث گزارش کرد، این فرآیند با استفاده از یک جفت الکترود انجام می‌شود که یکی از آنها دی‌اکسیدکربن را به یون‌های اگزالات محلول تبدیل می‌کند و دیگری که از فلز ساخته شده است، یون‌هایی را آزاد می‌کند که به اگزالات می‌چسبند و اگزالات‌های فلزی جامد را تشکیل می‌دهند، سپس می‌توان این مواد جامد را جمع‌آوری و در تولید سیمان استفاده کرد.

خسوس ولاسکوئز، محقق دیگر این تحقیق از دانشگاه کالیفرنیا گفت: اگزالات‌های فلزی مرز ناشناخته‌ای دارند و به‌عنوان مواد سیمانی جایگزین، پیش‌سازهای سنتز و حتی راه‌حل‌های ذخیره‌سازی دی‌اکسیدکربن عمل می‌کنند. وقتی دی‌اکسید کربن در اگزالات‌های فلزی محبوس می‌شود، بعید است که در شرایط عادی به جو بازگردد. این امر باعث می‌شود که این فرآیند نه فقط روشی برای بازیافت دی‌اکسیدکربن باشد، بلکه راهی برای ذخیره ایمن آن نیز باشد.

این گروه معتقد است که روش آنان در نهایت می‌تواند برای استفاده صنعتی گسترش یابد اما کارهای زیادی برای بهینه‌سازی تولید محصول جامد نهایی باقی مانده است و سطح پایین سرب مورد نیاز، گامی کلیدی در جهت سازگار کردن این فرآیند با محیط زیست است.

نتایج این تحقیق در نشریه Advanced Materials منتشر شده است.

انتهای پیام