دانشمندان موفق به طراحی راهکاری برای تبدیل گاز گلخانه ای CO2 به مواد آلی شدند!

MacTavish · 2/11/19

به تازگی دانشمندان توانستند ماده‌ای خلق کنند که کربن دی اکسید را دریافت و آن را به مواد آلی تبدیل می‌کند! تبدیل گاز گلخانه ای CO2 به مواد آلی می‌تواند راهی برای حل مشکل گرمایش زمین باشد.

پیشرفت تکنولوژی و صنعتی‌تر شدن دنیا، درست مانند یک شمشیر دو لبه است. از یک طرف، زندگی ما انسان‌ها به لطف صنعتی‌تر و مدرنیزه شدن دنیا روز به روز درحال راحت‌تر شدن است و از طرف دیگر هم همین موضوع درحال رساندن آسیب‌هایی جبران ناپذیر به خانه ما، یعنی سیاره زمین است. اکثریت قریب به اتفاق وسایل نقلیه‌ای که روزانه در خیابان‌های سرتاسر دنیا درحال حرکت هستند، تمام رآکتورهای هسته‌ای، تمام کارخانه‌ها و هرچیز دیگری که به نحوی باعث صنعتی‌تر شدن دنیای ما شده، دائما درحال تزریق گاز کربن دی اکسید به اتمسفر کره زمین هستند. سطح دی اکسید کربن در اتمسفر کره زمین همین حالا هم بسیار بیشتر از دوران پیش از صنعتی‌سازی شده و این موضوع نگرانی‌های بسیار زیادی را به همراه داشته است. تقریبا تمام دانشمندان و اندیشمندان دنیا معتقدند اگر این روند ادامه پیدا کند، خیلی زودتر از چیزی که فکرش را می‌کنیم، سیاره ما به دست خودمان تبدیل به جهنم موجودات زنده، مانند خود ما انسان‌ها می‌شود!

پس واضح است که باید هرچه سریعتر یک فکری به حال تمام گازهای گلخانه‌ای و مخصوصا گاز CO2 یا همان کربن دی اکسید بکنیم. بهترین راهی که برای کاهش سطح کربن دی اکسید در اتمسفر زمین وجود دارد، کوچ کردن به سمت سوخت‌ها و تکنولوژی‌های سبز است اما با این حال، دانشمندان سرتاسر دنیا دائما در حال یافتن راه‌هایی هوشمندانه برای کاهش میزان CO2 موجود در جو زمین هستند. یکی از هوشمندانه‌ترین راه‌هایی که دانشمندان تاکنون موفق به دستیابی به آن شده‌اند، تبدیل گاز گلخانه ای CO2 به مواد آلی است. این راهکار جدید توانایی این را دارد تا چیزی که ما نمی‌خواهیم را بگیرد و آن را تبدیل به چیزی کند که ما آن را می‌خواهیم!

تبدیل گاز گلخانه ای CO2 به مواد آلی

دانشمندان دانشگاه کیوتو (Kyoto) در ژاپن اخیرا موفق به خلق ماده‌ای شدند که می‌تواند مولکول های گاز کربن دی اکسید را داخل خودش محبوس کند و سپس با استفاده از آن‌ها، یک بَستار یا همان پُلیمِر (Polymer) بوجود بیاورد. از این پلیمر هم می‌توان برای ساخت پارچه یا موارد این چنینی استفاده کرد.

سلاح مخفی دانشمندان برای محبوس کردن مولکول های CO2 استفاده از یک PCP ساخته شده از یون های فلز زینک است. PCP که یک اصطلاح تخصصی و بسیار پیشرفته در دنیای شیمی است، درواقع کوتاه شده عبارت بسپار کئوردیناسیونی متخلخل (Porous Coordination Polymer) است. البته PCP در دنیای علم به MFO یا چارچوب های فلزی-آلی (Metal-Organic Frameworks) هم شناخته می‌شود.

گرم شدن اقیانوس ها باعث افزایش احتمال وقوع سیل ها خواهد شد

همانطور که احتمالا تا الان هم متوجه شده‌اید، PCPها پلیمرهای ساخت بشر هستند که برای ساخت آن‌ها از مواد آلی و همینطور فلزات استفاده می‌شود. اگر نخواهیم وارد پیچیدگی‌های این بحث بشویم، می‌توانیم تنها به گفتن این موضوع بسنده کنیم که PCP ساخته شده توسط دانشمندان ژاپنی، برای جذب CO2 چیزی حدود 10برابر کارآمدتر از دیگر PCPهای موجود است. ضمن اینکه این PCP به هیچ عنوان یک‌بار مصرف نیست و می‌توان تا 10بار هم از آن‌ها برای جذب کربن دی اکسید، استفاده کرد.

آقای کِن ایچی اوتاکه (Ken-ichi Otake) که یکی از شیمی‌دان‌های خالق این PCP جدید بوده، می‌گوید:

ما با موفقیت توانستیم یک ماده متخلخل (Porous Material) را طراحی کنیم که تمایل زیادی به نزدیکی و ایجاد پیوستگی با مولکول های CO2 دارد. این ماده می‌تواند با سرعت بالا و با مصرف حداقل انرژی، مولکول های کربن دی اکسید را به مواد آلی مفید تبدیل کند.

ایده تبدیل گاز گلخانه ای CO2 به ترکیباتی مفید برای انسان‌ها، ایده جدیدی نیست. سال‌ها است که بشر به فکر انجام اینکار افتاده اما مشکل اساسی‌ای که دائما سد راه دانشمندان شده، عدم تمایل CO2 برای شرکت در واکنش های شیمیایی است. این موضوع به این معنی است که برای شرکت دادن مولکول های CO2 در واکنش های شیمایی نیاز به استفاده از حجم وسیعی انرژی است که نه توجیه اقتصادی دارد و نه توجیه منطقی. مشکل اینجا است که اگر بخواهیم با صرف انرژی بسیار زیاد، گاز گلخانه‌ای CO2 را به مواد دیگر تبدیل کنیم، بجز هزینه زیادی که مجبور هستیم متحمل شویم، با این مصرف انرژی شدید باعث ایجاد گاز گلخانه‌ای CO2 بیشتری هم خواهیم شد!

اما روش بکار گرفته شده توسط تیم دانشگاه کیوتو، از حداقل انرژی برای تبدیل گاز گلخانه ای CO2 به مواد آلی استفاده می‌کند. این موضوع بخاطر طراحی هوشمندانه PCP ساخته شده توسط آقای اوتاکه و همکاران او است. این PCP، ساختاری مانند ملخک یا پروانه هواپیماها دارد. هنگامی که مولکول‌های CO2 وارد این ساختار می‌شوند، ملخک هم با چرخش و حرکت خاص خودش، مولکول های CO2 را داخل PCP محبوس می‌کند! درواقع می‌توان گفت که CO2 کماکان علاقه‌ای به انجام واکنش های شیمیایی ندارد اما بخاطر محبوس شدن در این PCP، عملا چاره دیگری ندارد!

نکته جالب دیگر در رابـ*ـطه با ساختار طراحی شده توسط دانشمندان ژاپنی این است که PCPها درست مانند یک اَلَک یا دستگاه غَربال عمل می‌کند. این PCP توانایی این را دارد که مولکول‌ها را بسته به شکل و اندازه آن‌ها انتخاب و در خودش حبس کند. سپس همین مولکول های کربن دی اکسیدی که با دقت الک شده‌اند، تبدیل به یک پلیمر آلی می‌شوند. همانطور که پیشتر هم اشاره شد، از این پلیمر می‌توان در صنایع بافندگی، بسته بندی و دیگر صنایع مشابه، استفاده کرد.

یکی دیگر از شیمی‌دان‌های حاضر در تیم سازنده این PCP یعنی آقای ساسومه کیتاگاوا (Susumu Kitagawa) هم صحبت‌های جالبی در این زمینه مطرح کرده است:

یکی از سبزترین راه‌ها برای کاهش سطح دی اکسید کربن موجود در هوا، تبدیل آن‌ها به مواد شیمیایی بسیار با ارزشی مانند انواع ترکیبات سایکلیک کربنات (Cyclic Carbonate) است. از این ترکیبات می‌توان در صنایع پتروشیمی و داروسازی استفاده‌های بی‌شماری کرد.

اما این روش جدید، تنها روش امیدوارکننده در زمینه تبدیل گاز گلخانه ای CO2 به مواد و ترکیبات دیگر نیست. پیشتر، دانشمندان دانشگاه RMIT در کشور استرالیا هم موفق به تغییر حالت گاز CO2 به ذغال سنگ شده بودند! ضمن اینکه دانشمندان دانشگاه رایس (RICE) در آمریکا هم موفق به طراحی نوعی سوخت مایع از گاز CO2 شده بودند. واضح است که تمامی این تحقیقات و آزمایش‌ها به نوبه خودشان بسیار جذاب هستند و اگر تنها یکی از آن‌ها هم بتواند در ابعاد گسترده جواب دهد، آنگاه می‌توانیم بگوییم که مشکل گرمایش زمین هم تا حد بسیار زیادی قابل کنترل خواهد شد.

ولی این نکته را هم به هیچ عنوان نباید فراموش کنیم که هنوز ایده تبدیل گاز گلخانه ای CO2 به ترکیبات دیگر، در مراحل ابتدایی خودش قرار دارد و راهکارهای ارائه شده در این زمینه هم هنوز فاصله زیادی با عملی شدن در ابعاد گسترده دارند. اما با توجه به اهمیت بسیار زیادی که مقوله گرمایش زمین دارد، احتمالا راهکارهای این چنینی در آینده نزدیک، نقشی کلیدی و حیاتی را در ادامه بقای موجودات زنده از جمله انسان‌ها بر روی کره زمین ایفا خواهند کرد. با این حال، در حال حاضر تنها یک راه قطعی برای مهار گرمایش کره زمین و کاهش میزان CO2 و دیگر گازهای گلخانه ای موجود در هوا وجود دارد و آن هم کوچ کردن به سوخت‌ها و تکنولوژی‌های سبز است. کاری که اکثر کشورهای پیشرفته و انسان های بافکر و آینده‌نگر در حال تلاش برای انجام آن هستند.