ייצור דלק נוזלי מתוך פחמן דו-חמצני

בתחום החיפוש אחר אנרגיה ומקורות דלק חלופיים וברי-קיימא, אחד מהפתרונות המעשיים עשוי להיות ההמרה של גז החממה פחמן דו-חמצני לדלק נוזלי. כעת, נמצאה דרך להמיר שתי יחידות של פחמן חד-חמצני ליחידה אחת המורכבת משני אטומי פחמן

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
בתחום החיפוש אחר אנרגיה ומקורות דלק חלופיים וברי-קיימא, אחד מהפתרונות המעשיים עשוי להיות ההמרה של גז החממה פחמן דו-חמצני לדלק נוזלי. כעת, נמצאה דרך להמיר שתי יחידות של פחמן חד-חמצני ליחידה אחת המורכבת משני אטומי פחמן.

באמצעות תהליך הפוטוסינתזה צמחים ממירים אור שמש, מים ופחמן דו-חמצני לסוכרים – אותן מולקולות מרובות פחמן המזינות את התהליכים בתאים. כלומר, הפחמן הדו-חמצני מתפקד הן כחומר הגלם של דלק מאובנים המהווה חלק מרכזי בחיים המודרניים, והן בתור חומר לוואי של תהליכי שריפה של דלק זה. היכולת לייצר דלק נוזלי מלאכותי מתוך חומרי מוצא פחמניים יציבים שעברו חמצון, כגון פחמן דו-חמצני (CO2) ופחמן חד-חמצני (CO), מזכירה את תהליך הפוטוסינתזה המתרחש בטבע. מזה כמאה שנים ששיטה כימית הידועה בשם תהליך ‘פישר טרופס’ משמשת להמרת גז מימן ופחמן חד-חמצני לדלק נוזלי. אולם, המנגנון המדויק של תהליך זה עדיין לא ברור די צורכו, ובניגוד לתהליך הפוטוסינתזה הוא מחייב שימוש בלחצים גבוהים (עד פי מאה מהלחץ האטמוספירי) ובטמפרטורות גבוהות (300-100 מעלות צלזיוס).

לאחרונה, פורסמו מחקרים בנוגע לשיטות המרה חלופיות שמטרתן קבלה של דלק נוזלי מתוך חומרי מוצא פחמניים שעברו חמצון. בעזרת אלקטרו-זרזים המבוססים על המתכת נחושת ניתן להמיר פחמן דו-חמצני ופחמן חד-חמצני לחומרים מרובי-פחמן. תהליכים אלו מתרחשים בתנאים מתונים, אולם המנגנון המדויק שלהם עדיין לא ברור. כעת, חוקרים מאוניברסיטת קלטק פיתחו מערכת מודל המדגימה את השלבים הראשונים בתהליך זה. הממצאים, שפורסמו זה מכבר בכתב-העתNature , מספקים את הבסיס לפיתוחן של טכנולוגיות שעשויות בעתיד לנטרל את ההשפעות השליליות שיש להצטברות אטמוספירית של גז החממה פחמן דו-חמצני בזכות המרתו חזרה לדלק. למרות שקיימות שיטות להמרה של פחמן דו-חמצני לפחמן חד-חמצני, השלב החיוני שלאחר מכן, כלומר, ההרחקה של אטום חמצן מפחמן חד-חמצני והיצירה של קשר פחמן-פחמן, הוא הרבה יותר קשה ומאתגר.

במחקר שלהם, המדענים הצליחו לסנתז תצמיד חדש המבוסס על מתכת מעבר, כלומר אטום מתכת (מוליבדן במקרה זה) הקשור למולקולות אחדות הידועות בשם ליגנדות – תצמיד המסוגל לעודד את השפעול והביקוע של מולקולת פחמן חד-חמצני. חיזור משמעותי של המולקולה מוביל להחלשה ניכרת של הקשרים מסוג פחמן-חמצן (C-O) ומרגע שאלו נחלשו, הקשר כולו מתפרק באמצעות תגובה עם חומר אחר המבוסס על סיליקון. ביקוע זה מוליד קרביד קיצוני – אטום פחמן יחיד הקשור לאטום מתכת – היוצר בתורו קשר עם קבוצת הפחמן החד-חמצני השנייה הקשורה לאטום המתכת. על אף העובדה כי בעבר הוצע הצורון קרביד בתור צורון ביניים בחיזור המצומד של פחמן חד-חמצני, זוהי ההדגמה הראשונה אי-פעם של תפקידו של צורון זה במסגרת מנגנון זה. עם היווצרות הקשר פחמן-פחמן, אטום המתכת משחרר את התוצר המורכב משני אטומי פחמן. באופן כללי, התהליך ממיר שתי יחידות פחמן חד-חמצני לתולדה של החומר אתינול (HC≡C-OH) ומתקדם בטמפרטורות הנמוכות מטמפרטורת החדר.

“לידיעתנו, זוהי הדוגמה הראשונה של תגובה מוגדרת היטב הממירה שתי יחידות של פחמן חד-חמצני (חומר בעל אטום פחמן אחד) לתולדת אתינול (חומר בעל שני אטומי פחמן), מולקולה הקרובה לחומר הדלק החשוב אתנול; העובדה כי ניתן לשחרר את התוצר הכולל בתוכו שני אטומי פחמן מהמתכת חשובה מאוד”, מציין החוקר הראשי. למרות שהתוצר המתקבל אינו שימושי לכשעצמו כדלק, התהליך מהווה שלב נוסף בפיתוח היכולת לייצר דלק מלאכותי המורכב ממספר אטומי פחמן מתוך פחמן חד-חמצני.

תקציר המאמר

הידיעה על המחקר