الأغشية البوليمرية. تلك هي أحدث تقنية توصل إليها الباحثون لرفع كفاءة إزالة ثاني أكسيد الكربون من مزيج الغازات المنبعثة من المصانع.
صرح رتش سبونتاك، المؤلف المشارك في العمل، البروفيسور في هندسة الكيمياء الجزيئية الحيوية في جامعة ولاية كارولينا الشمالية: «استخدمنا مزيجًا من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين لتوضيح مدى فعالية هذه الأغشية، هذا المزيج يشكل النسبة الأعظم من الغازات المنبعثة من المصانع، التي تتطلب إزالة غاز ثاني أكسيد الكربون منها. أوضحنا قدرتنا على تطوير الخاصية الانتقائية لهذه الأغشية بالتزامن مع الحفاظ على نفاذية عالية لغاز ثاني أكسيد الكربون نسبيًا».
«استخدمنا مزيج غاز ثاني أكسيد الكربون والميثان في التجربة إذ يُستخدم في مجال صناعة الغاز الطبيعي. يمكن استخدام هذه الأغشية المزيلة لثاني أكسيد الكربون في أي حالة تتطلب إزالة ثاني أكسيد الكربون من مزيج الغازات، سواءً أكان ذلك في الطب الحيوي أم لإزالته من الغواصات المائية».
هذه التقنية مميزة إذ لا تتطلب مساحة كبيرة ويمكن استخدامها في مجال واسع من المساحات المختلفة، ويمكن استبدالها بسهولة.
التقنية الأكثر شيوعًا لإزالة ثاني أكسيد الكربون هي تقنية الامتصاص الكيميائي.
نستخدم في هذه التقنية أسطوانة تحتوي على مزيج من الغازات المتدفقة، التي تتضمن سائلًا أمينيًّا يزيل ثاني أكسيد الكربون، لكن لهذه التقنية آثار واضحة أبرزها تحول سائل الأمينات إلى مادة سامة ومؤكسدة.
أما تقنية الأغشية الحديثة، فإنها تسمح بعبور غاز ثاني أكسيد الكربون من خلالها بسرعة أكبر من سائر مكونات المزيج الغازي، بناءً على حجم الذرات، لذلك يُمكَّننا حجز الغازات الخارجة من الغشاء من التقاط كمية من ثاني أكسيد الكربون أكبر من التي سنلتقطها من سائر الغازات داخل الغشاء.
مشكلة هذه العملية هي التوازن بين النفاذية والانتقائية، فعند ازدياد نفاذية الأغشية تزداد سرعة عبور الغازات بالتزامن مع انخفاض الانتقائية. بمعنى أوضح، فإن ازدياد النفاذية سيمكّن مكونات المزيج الغازي من العبور، ما سيقلل من نسبة التقاط ثاني أكسيد الكربون مقارنةً بسائر الغازات الأخرى الخارجة من الغشاء.
طوّر فريق الباحثين حلًا لهذه المشكلة، بإضافة سلاسل بولميرية نشطة كيميائيًا، شرهة جدًا للماء وثاني أكسيد الكربون، إلى سطح الغشاء، بهذا تزيد انتقائية الغشاء لثاني أكسيد الكربون، مع تقليل النفاذيّة قليلًا.
صرح كبير الباحثين ماريوس ساندريو: «هذا التغير البسيط أدى إلى زيادة الانتقائية إلى 150 ضعف. لذلك يمكننا إزالة كمية أكبر من ثاني أكسيد الكربون مقارنةً بسائر غازات المزيج».
المشكلة الثانية هي التكلفة. يقول سبونتاك: «نريد توفير هذه التقنية تجاريًا، لذلك بدأنا باستخدام أغشية شائعة، ثم عدلنا سطح الأغشية لزيادة الانتقائية، ما رفع التكلفة، ولا نعتقد أنها ستنخفض قريبًا».
«نخطط تاليًا لمعرفة مدى قابلية تطبيق التقنيات المطورة على أنواع أخرى من البوليمرات، بهدف الحصول على النتائج ذاتها أو حتى نتائج أفضل، إضافةً إلى رفع مستوى عملية التصنيع النانوي. إن التقارير التي توصلنا إليها والتي تتضمن نتائج رائعة، هي نتاج بحثنا النظري، ولم نقم حتى الآن بأي تحسين في عملية إضافة السلاسل البوليمرية للغشاء».
يعمل الباحثون على اكتشاف تطبيقات أخرى للتقنية، مثل استخدامها في المجال الطبي ضمن أجهزة التنفس الصناعي، أو في مجال تربية الأحياء المائية ضمن أجهزة التنقية.
يتيح الباحثون المجال للعمل مع شركاء تابعين للمجال الصناعي للوصول إلى فرص جديدة بهدف التقليل من التلوث، وتحسين أداء الأجهزة التي تحتاج إلى تطوير تقنية إزالة ثاني أكسيد الكربون.
اقرأ أيضًا:
تظهر صور الأقمار الصناعية انخفاض التلوث بثاني أكسيد النيتروجين فوق الصين
مصانع الصين ومحاولات خفض مستويات التلوث في البلاد
ترجمة: رهف إبراهيم
تدقيق: عبد الرحمن داده
