بنت الأحساء الدكتورة ولاء علي القضيب تشترك في ابتكار تقنية لتحويل النفايات البلاستيكية إلى مادة قادرة على احتباس ثاني أكسيد الكربون
مختبر جامعة رايس حوّل النفايات البلاستيكية التي يصعب معالجتها إلى تقنية قادرة على احتباس ثاني اكسيد الكربون
5 أبريل 2022
المترجم : عدنان أحمد الحاجي
المقالة رقم 106 لسنة 2022
Treated plastic waste good at grabbing carbon dioxide
April 5,2022» -
تقنية جديدة بإمكانها الاستفادة من جبل نفايات البلاستيك المستعمل وذلك بتحويله إلى مادة قادرة على احتباس كمية كبيرة من ثاني أكسيد
تقنية كيميائية اُكتشفت حديثًا في مختبر جامعة رايس لتحويل نفايات البلاستيك إلى مادة حابسة فعالة لثاني أكسيد الكربون «CO2» يمكن تطبيقها لخدمة الصناعة. يبدو أن هذه التقنية تمثل ربح - ربح للتغلب على مشكلتين من مشاكل البيئة الملحة: النفايات البلاستيكية المتراكمة باضطراد[1] وغاز
ثاني اكسيد الكربون والذي يعتبر من الغازات المسببة للاحتباس الحراري[2] .
حصلت ولاء علي القضيب على شهادة الإنجاز الأكاديمي من الرئيس والمدير التنفيذي لشركة أرامكو أمريكا محمد الشمري «على اليسار» على بحثها المتميز في تصنيع الأنابيب النانوية الكربونية ". مشاري العتيبي «على اليمين»، مدير قسم البرامج الأكاديمية والتقنية للموارد البشرية، أرامكو أمريكا[3] .
الباحث الكيميائي في جامعة رايس جيمس تور James Tour والمؤلفون الرئيسيون المشاركون خريجة جامعة رايس ولاء القضيب وطالب الدراسات العليا بول ساڤاس Paul Savas وباحث ما بعد الدكتوراه زهي يوان Zhe Yuan نشروا في مجلة نانو Nano التي تصدرها الجمعية الكيميائية الأمريكية ACS ورقة تفيد بأن تسخين النفايات البلاستيكية في وجود أسيتات «مخلات» البوتاسيوم potassium acetate [4] بؤدي إلى انتاج جزيئات ذات مسام نانومترية تحتبس ثاني أكسيد الكربون. وذكروا أنه يمكن استخدام هذه الجسيمات لإزالة ثاني أكسيد الكربون من انبعاثات غاز المداخن الصناعية[5] .
طالب الدراسات العليا يعمل مسحوق من البلاستيك قبل تحليله حراريًا
”مصادر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المعروفة «المحددة»، مثل مداخن عوادم محطات الطاقة الكهربائية، يمكن أن تُجهز بهذه المادة المشتقة من النفايات البلاستيكية لإزالة كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون التي تطلق في الجو عادةً،“ كما يقول تور. ”تعتبر هذه التقنية طريقة رائعة وذلك لصيد عصفورين بحجر واحد، حيث تمكنا بحل مشكلة النفايات البلاستيكية من حل مشكلة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.“
وقال إن العملية الحالية لتحليل البلاستيك بالحرارة pyrolysis [6] والمعروفة باسم إعادة التدوير الكيميائي[7] Yeah تنتج زيوتًا وغازات وشمعًا «برافينًا»، لكن هذه المنتجات الثانوية عديمة الفائدة تقريبًا. ولكن البلاستيك المتحلل بالحرارة في وجود أسيتات البوتاسيوم ينتج جزيئات مسامية قادرة على احتباس ثاني أكسيد الكربون في درجة حرارة الغرفة بمقدار يصل إلى 18٪ من وزنها.
المسام في هذا الجسيم الميكروني، نتيجة التحلل الحراري في وجود أسيتات البوتاسيوم، قادرة على استخلاص ثاني أكسيد الكربون من انبعاثات غازات المداخن.
بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن إعادة التدوير الكيميائي المتعارف لا يعمل مع نفايات البلاستك «المبلمرات[8] ذات المحتوى المنخفض من الكربون الثابت [الكربون الثابت هو المادة الصلبة القابلة للاحتراق التي تبقى بعد التسخين]، لانتاج مادة قادرة على احتباس ثاني أكسيد الكربون، بما فيها المواد البلاستيكية المتكونة من البولي بروبلين والبولي إيثيلين عالي الكثافة ومنخفض الكثافة، وهما المكونات الرئيسة في النفايات البلاستيكية البلدية، إلّا أن هذه المواد البلاستيكية تعمل بشكل جيد بشكل خاص لاحتباس ثاني أكسيد الكربون عند معالجتها باستخدام أستات «بخلات» البوتاسيوم.
يقدر المختبر تكلفة عملية احتباس ثاني أكسيد الكربون من مصدر معروف «محدد» مثل غاز المداخن الصناعبة، ما بعد الاحتراق سيكون 21 دولارًا للطن، وهو أرخص بكثير من عملية احتباسه باستخدم التقتية المعتمدة على المركبات الأمينية الشائعة الاستخدام لاستخلاص ثاني أكسيد الكربون من ملقمات الغاز الطبيعي، والتي تعرف بأنها عالية الاستهلاك للطاقة الكهربائية، تصل إلى 80 دولارًا - 160 دولارًا للطن.
كمواد العملية التي تعتمد استخدام المركبات الأمينية لاستخلاص ثاني أكسيد الكاربون، هذه المادة الجديدة الحابسة لثاني اكسيد الكاربون يمكن إعادة تدويرها «استخدامها». تسخين هذه المادة إلى حوالي 75 درجة مئوية «167 درجة فهرنهايت» يؤدي إلى تحرير ثاني أكسيد الكربون المحتبس في مسامها، مما يؤدي إلى تجديد حوالي 90٪ منها، مما يمكن استخدامها لاحقًا لنفس الغرض.
نظرًا لأن المادة يمكن تجديدها بتسخينها عند 75 درجة مئوية، فإن أوعية التدوير المصنوعة من البولي ڤينيل كلوريد كافية لاستبدال الأوعية المعدنية باهظة الثمن المطلوبة عادةً لعمليات التدوير. لاحظ الباحثون أنه من المتوقع أن يكون للمادة الحابسة لثاتي أكسيد الكاربون عمر أطول من العملية المعتمدة على المركبات الأمينية السائلة، مما يقلل من فترات التوقف «الأعطال» بسبب التآكل وتكوِّن الرواسب.
لتصنيع هذه المادة، تحوّل نفايات البلاستيك إلى مسحوق وبعدها تخلط مع أسيتات البوتاسيوم ويسخن المخلوط عند 600 درجة مئوية «1112 فهرنهايت» لمدة 45 دقيقة ودلك للحصول على مسامات بحجم مثالي، يبلغ عرضها حوالي 0,7 نانومتر. التسخين على درجات حرارة عالية أدت إلى اتساع حجم المسامات غير المرغوب فيها. العملية تنتج أيضًا منتجًا ثانويًا من الشمع، والذي يمكن إعادة تدويره إلى منظفات أو مواد تشحيم، كما يقول الباحثون.
المؤلفون المشاركون في الورقة هم خريج جامعة رايس زهي Zhe Wang وانغ والباحث كارتر كيتريل Carter Kittrell وطالبة الدراسات العليا جاكلين هول Jacklyn Hall والاستاذ المساعد الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية براڤين بوليني Praveen Bollini، وكلاهما من جامعة هيوستن. البرفسور تور علوم المواد والهندسة النانوية.
الدراسة مدعومة من وزارة الطاقة الأمريكية «DE-F0031794» وأرامكو السعودية.
