باستخدام عملية تم تطويرها في الولايات المتحدة الأمريكية، يمكن إزالة غاز الميثان الدفيئة من الغلاف الجوي عند درجة الحرارة المحيطة وضغط الهواء الطبيعي. في السابق، لم يكن هذا ممكنًا بكفاءة إلا في درجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام المواد الناتجة في إنتاج البلاستيك.
مزيج محفز من الزيوليت وأكسيداز الكحول، وهو إنزيم طبيعي، يجعل العملية ممكنة. وأظهر الباحثون أنه يمكن استخدام المحفزات أيضًا في المواد الصلبة مثل الدهانات. الدراسة التي أجرتها المجموعة بقيادة مايكل سترانو من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في كامبريدج هي في المجلة المتخصصة “Nature Catalysis” قدم.
“تحويل” غاز الميثان إلى شيء مفيد
الميثان هو غاز دفيئة قوي، أقوى بـ 28 مرة من ثاني أكسيد الكربون (CO2) على مدى 100 عام. بل إنه أكثر فعالية على مدى فترات زمنية أقصر، لكنه يتحلل في الغلاف الجوي بعد بضع سنوات. هناك مصادر طبيعية للميثان مثل البراكين أو التربة الصقيعية ومصادر من صنع الإنسان مثل تربية الماشية وزراعة الأرز واستخراج واستخدام الغاز الطبيعي.
وأوضح سترانو أن كيفية استخدام الميثان كانت قيد البحث لبعض الوقت. “إنه مصدر للكربون ونريد إبعاده عن الغلاف الجوي ولكن أيضًا تحويله إلى شيء مفيد.”
خدعة رخيصة
أظهرت العديد من الدراسات مؤخرًا أن الزيوليتات مناسبة تمامًا كمحفزات لتحويل الميثان. الزيوليت عبارة عن سيليكات الألومنيوم، والتي يوجد منها حوالي 60 نوعًا كمعادن طبيعية وتم تصنيع أكثر من 100 منها في المختبر. إنها تسبب جزيء الميثان المستقر فعليًا، والذي يتكون من ذرة كربون واحدة وأربع ذرات هيدروجين، للمشاركة في التفاعلات الكيميائية. الحصول على الزيوليت وأكسيداز الكحول غير مكلف.
استخدم الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا سيليكات الألومنيوم المعدلة بالحديد والتي تسمى Fe-ZSM-5 كالزيوليت. وفي محلول مائي، يتسبب في تفاعل الميثان الموجود في الهواء مع الأكسجين الموجود على سطح الماء لتكوين الميثانول. في الخطوة الثانية، يحفز أوكسيديز الكحول تفاعل الميثانول والأكسجين من الهواء لتكوين الفورمالديهايد وبيروكسيد الهيدروجين.
يمكن استخدام الفورمالديهايد كأساس لتكوين البوليمرات (أي البلاستيك)، في حين يوفر بيروكسيد الهيدروجين الأكسجين للتفاعل الأول، بحيث يتم تشكيل دورة التفاعل. لبدء الدورة، يتم إضافة القليل من الميثانول في البداية.
على أمل اليوريا
أحد إمكانيات إعادة التدوير هو إضافة اليوريا. وهذا يخلق ميثيلين ديوريا، وهو منتج وسيط في إنتاج راتنج اليوريا. يتصلب هذا البلاستيك بسرعة وهو مقاوم للتآكل، ويتم استخدامه، من بين أشياء أخرى، في صناعة الصفائح والمنسوجات.
وقام الباحثون بتطبيق الفورمالديهايد واليوريا على جزيئات صغيرة من ثاني أكسيد التيتانيوم، وهو صبغة شائعة الاستخدام في الطلاء الأبيض. بعد الضغط الساخن، يتم إنشاء صبغة بيضاء محفزة. ووفقا لأفكار العلماء، يمكن تطبيق هذه المادة على خطوط أنابيب الغاز الطبيعي لإغلاق السطح. يمكن للراتنج الاصطناعي الناتج أثناء التفاعل المحفز أن يغطي الشقوق الصغيرة وبالتالي يمنع التسربات.
كتب مؤلفو الدراسة: “يقدم هذا العمل طريقًا مستدامًا لأكسدة الميثان التي يقودها الأكسجين الموجود في الهواء في ظل الظروف المحيطة، مما يؤدي إلى إنتاج بوليمرات عالية الجودة وبالتالي تحسين تيارات انبعاث الميثان”. وهم يبحثون حاليًا عن محفزات تربط ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتسمح له بالتفاعل مع إضافة النترات لتكوين اليوريا. وبعد ذلك، بالإضافة إلى الفورمالديهايد، يمكن أيضًا إنتاج اليوريا من غازات الدفيئة.
