צוות מהנדסי כימיה זיהו לאחרונה את שני הגורמים העיקריים הקובעים את טיבו של הזרז המיטבי להמרתו של פחמן דו-חמצני אטמוספירי לדלק נוזלי. המחקר עצמו יוכל לסייע בפיתוח של זרזים חדשניים שיהיו יעילים במיוחד וגם זולים
[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
צוות מהנדסי כימיה מאוניברסיטת פיטסבורג זיהו לאחרונה את שני הגורמים העיקריים הקובעים את טיבו של הזרז המיטבי המשמש להמרתו של פחמן דו-חמצני אטמוספירי לדלק נוזלי. תוצאות המחקר, שפורסמו זה מכבר בכתב-העת המדעי ACS Catalysis, תוכלנה לסייע בפיתוח של זרזים חדשניים שיהיו יעילים במיוחד וגם זולים.
דמיינו לעצמכם מפעל להפקת חשמל המנצל את הכמות העודפת של הפחמן הדו-חמצני שאמור היה להיפלט לסביבה מתוך בעירתם של דלקי מאובנים וממיר אותו חזרה לדלק. כעת, דמיינו שאותו מפעל משתמש רק בכמות קטנה של מים ובאנרגיה המגיעה מקרני השמש לשם פעילותו המלאה. המפעל לא יבעיר דלקי מאובנים ולמעשה אפילו יפחית את כמות הפחמן הדו-חמצני הנפלטת לאטמוספירה בזמן תהליכי הייצור. מזה כמילוני שנים שמפעלים טבעיים כאלו ניצלו מים, קרני שמש ופחמן דו-חמצני ליצירת סוכרים המהווים חומרי גלם לדלק. מדענים ברחבי העולם כולו מאמצים כעת את המנגנון הזה של הצמחים בטבע לשם ייצור אנרגיה.
“אנו מנסים להאיץ את מחזור הפחמן הטבעי ולהפוך אותו ליעיל יותר”, אמר Karl Johnson, פרופסור במחלקה להנדסת כימיה באוניברסיטת פיטסבורג והחוקר הראשי. “אין צורך לבזבז אנרגיה על כל התוספת הנדרשת לגידול צמחים, והתוצאה תהיה מחזור פחמן מעשה ידי-אדם המייצר דלק נוזלי”. אולם, קיימת מהמורה אחת – פחמן דו-חמצני הינה מולקולה יציבה מאוד, ולפיכך נדרשת כמות ניכרת של אנרגיה בשביל לגרום לה להגיב. אחת מהדרכים להשתמש בכמות עודפת של פחמן דו-חמצני, CO2, היא להרחיק אטום חמצן אחד ולמזג את יתרת המולקולה, פחמן חד-חמצני (CO) עם מולקולה של מימן (H2) ליצירת מתאנול (CH3-OH). ברם, במהלך שלב זה יש צורך לחמם את המגוב לטמפרטורה של 1000 מעלות צלזיוס, טמפרטורה שקשה לשמר לאורך זמן, במיוחד כאשר מקור האנרגיה הזמין היחיד הינו השמש.
זרז עשוי לגרום לפחמן הדו-חמצני להשתתף בתגובה בטמפרטורות הרבה יותר נמוכות. חוקרים מבצעים ניסויים עם חומרים שונים הגורמים לביקועו של הפחמן הדו-חמצני אפילו בטמפרטורת החדר. אולם זרזים פעילים אלו, ברובם, יקרים מדי עבור שימוש בקנה-מידה תעשייתי, זאת במיוחד לאור השוואת מחיריהם אל מול אלו של דלקי מאובנים כמקור אנרגיה זול. מחירם הנמוך ותפוצתם הנרחבת של דלקי מאובנים מונעים מחברות רבות מלהשקיע במחקר היקר והמאתגר של פיתוח זרזים חדשים. המחקר, שכותרתו: “Screening Lewis Pair Moieties for Catalytic Hydrogenation of CO2 in Functionalized UiO-66”, מספק לחוקרים נקודת התחלה די טובה באשר לנתיב החיפוש היעיל של הזרז המיטבי.
החוקרים בדקו סדרה של שמונה קבוצות פונקציונאליות שונות של צמדי חומצה-בסיס מסוג לואיס (צמדי לואיס בקיצור), שהינם תרכובות פעילות מאוד המשמשות כזרזים. הם מצאו שני גורמים האחראים למידת יעילותו של הזרז: (1) אנרגית ספיחת המימן שלו וכן (2) הקשיות (מדד לפער שבין פוטנציאל היינון לבין הזיקה האלקטרונית) של צמדי הלואיס. לאור מסקנה זו החוקרים מתכוונים לעבוד בשיתוף פעולה עם חוקרים אחרים לשם מציאת זרזים יעילים יותר, שבתקווה יקרבו את החוקרים לבניית מפעלים לייצור חשמל בצורת דלק נוזלי תוך הפחתת כמות הפליטות של פחמן דו-חמצני.
