הרעיון של לכידת פחמן דו-חמצני או המרה שלו לחומרים אחרים, זאת בכדי להיאבק בשינויי האקלים אינו חדש. אולם, סתם לאחסן פחמן דו-חמצני במתחם מסוים עלול להוביל לדליפתו לסביבה * הכסף ממכירת ננו סיבי הפחמן ילך להמשך התהליך וייצר לראשונה מתקן שהוא בעל טביעת רגל פחמנית שלילית
[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]
מדענים ממשרד האנרגיה של ארה”ב ושותפיהם מאוניברסיטת קולומביה הצליחו לפתח שיטה שביכולתה ניתן להמיר פחמן דו-חמצני, גז חממה נפוץ, לכדי ננו-סיבי פחמן, חומר בעל תכונות ייחודיות מגוונות ויישומים עתידיים רבים ולפיכך בעל ערך כלכלי, תוך כדי הוצאתו מהאוויר.
הגישה של החוקרים הייתה להשתמש בצימוד של תגובות אלקטרוכימיות ותרמוכימיות המתרחשות בטמפרטורות נמוכות יחסית ובלחץ מתון. כפי שמתארים זאת המדענים בכתב העת המדעי Nature Catalysis, גישה זו תוכל ללכוד בהצלחה פחמן בצורת מוצק ולהפחית את כמותו בפליטות של פחמן. “ניתן לשלב את ננו-סיבי הפחמן בתוך מלט בכדי לחזק אותו עוד יותר”, אמר Jingguang Chen, פרופסור להנדסה כימית באוניברסיטת קולומביה אשר הוביל את המחקר. “בשיטה זו ניתן יהיה ללכוד את הפחמן בתוך המלט לפחות לתקופה של חמישים שנים, ואולי אף יותר. עד אז, כך אנו מקווים, האנושות תוסט לשימוש במקורות אנרגיה מתחדשים בעיקר, כאלו שאינם פולטים פחמן”. כבונוס, בתהליך גם נוצר גז מימן, דלק חלופי מבטיח, אשר בעת שימוש בו, יוצר אפס פליטות (של גזי פחמן).
הרעיון של לכידת פחמן דו-חמצני או המרה שלו לחומרים אחרים, זאת בכדי להיאבק בשינויי האקלים אינו חדש. אולם, סתם לאחסן פחמן דו-חמצני במתחם מסוים עלול להוביל לדליפתו לסביבה. במקביל, תהליכי המרה רבים של פחמן דו-חמצני לחומר אחר יוצרים בסופו של דבר חומרים מבוססי-פחמן או דלק שמחייב שימוש ישיר ומיידי, שימוש הפולט פחמן דו-חמצני חזרה לסביבה. “החידוש במחקר שלנו הוא בכך שאנו ממירים פחמן דו-חמצני לחומר בעל ערך, אולם כזה המצוי בצורת מוצק, צורה שימושית במיוחד,” מוסיף החוקר הראשי.
חומרים כאלה מפחמן מוצק, לרבות ננו-צינורות וננו-סיבי פחמן, הם בעלי תכונות יקרות ערך, כולל חוזק וכן מוליכות חשמל וחום. אולם, אין זה פשוט לקבל פחמן מתוך פחמן דו-חמצני ולהטמיע אותו בתוך מבנים כימיים אלו. תהליך ישיר כזה, לדוגמה, הוא תהליך המבוסס על חום גבוה של כאלף מעלות צלזיוס. “תהליך כזה הוא בלתי מציאותי עבור לכידה בקנה מידה תעשייתי של פחמן דו-חמצני,” מסביר החוקר. “בניגוד לכך, מצאנו תהליך המתרחש בטמפרטורה של ארבע מאות צלזיוס בלבד, תהליך שהוא הרבה יותר מעשי, תוך שימוש בטמפרטורה זמינה בתעשייה.”
הייחוד של הגישה החדשנית היה בפיצול התגובה לשלבים ובשימוש בשני סוגים זרזים – חומרים המאיצים את ההתקרבות של שני חומרים המגיבים ביניהם. “אם אתה מפצל את התגובה למספר תתי-תגובות, ניתן לשקול שימוש בתשומות אנרגיה ובזרזים שונים כחלק מהתגובה הכוללת,” מסביר הכותב הראשי של המאמר (Zhenhua Xie). המדענים התחילו עם התובנה כי פחמן חד-חמצני הוא חומר מוצא הרבה יותר טוב מפחמן דו-חמצני עבור ההכנה של ננו-סיבי פחמן (CNF). בשלב הבא המדענים ניסו למצוא את הדרך היעילה ביותר לייצר פחמן חד-חמצני מתוך פחמן דו-חמצני.
מחקר קודם של אותה קבוצת מחקר עודד את החוקרים להשתמש באלקטרו-זרז זמין מסחרית של פלדיום על גבי פחמן. אלקטרו-זרזים מאיצים תגובות כימיות על בסיס זרם חשמלי. בנוכחות אלקטרונים זורמים ופרוטונים, הזרז מצליח לבקע הן פחמן דו-חמצני והן מים ליצירת פחמן חד-חמצני ומימן. בשלב השני, המדענים השתמשו בתרמו-זרז המופעל על ידי חום המורכב ממסג של ברזל-קובלט. הזרז פעיל בטמפרטורות של ארבע מאות צלזיוס, משמעותית הרבה פחות מאשר נדרש עבור התגובה הישירה של המרת פחמן דו-חמצני לכדי ננו-סיבי פחמן. הם גם מצאו כי הוספת כמות עודפת קטנה של קובלט מתכתי מעודדת משמעותית את הייצור של ננו-סיבי הפחמן. “על ידי צימוד של אלקטרו-זרז ותרמו-זרז, אנו מנצלים תהליך משולב על מנת להשיג תוצאות שלא ניתן היה להשיג בתהליכים נפרדים,” אומר החוקר הראשי.
על מנת לחשוף את פרטי הפרטים של האופן שבו פועלים הזרזים, המדענים ערכו קשת נרחבת של ניסויים, ביניהם מידול ממוחשב, אפיון פיסיקאלי וכימי, שימוש בלייזרים ובמיקרוסקופים. “הצלחנו לראות את פרטי הפרטים של המבנים השונים על מנת לקבוע מהם המצבים היציבים של הזרז בזמן פעילותו בתנאי התגובה,” מסביר אחד מהחוקרים. “אנו צופים באתרים הפעילים ומנסים להבין כיצד אתרים אלו קושרים את צורוני הביניים בתגובה. “על ידי קביעת המחסומים האנרגטיים, או מצבי המעבר, משלב אחד למשנהו, אנו לומדים בדיוק כיצד הזרז מתפקד במהלך התגובה”. “בהתאם למחקר שלנו, אתרי הברזל-קובלט שבתוך המסג מסייעים בביקוע קשרי הפחמן-חמצן של הפחמן הדו-חמצני. במצב זה, אטומי הפחמן זמינים לתפקד כמקור ליצירת ננו-סיבי הפחמן. בשלב הבא, הכמות העודפת של הקובלט מעודדת את היצירה של קשרי פחמן-פחמן המתחברים לאטומי הפחמן”, מסביר החוקר. תמונות המיקרוסקופ הראו כי ככל שננו סיבי הפחמן נוצרים, הזרז נע למעלה והרחק מפני השטח, מה שמקל על מיחזור הזרז המתכתי”, מסביר החוקר. “השתמשנו בחומצה על מנת למצות החוצה את המתכת מבלי להרוס את ננו-סיבי הפחמן, כך שניתן למחזר את הזרזים המתכתיים ולהשתמש בהם שוב ושוב” אמר החוקר.
פשטות המיחזור של הזרז, הזמינות המסחרית של הזרזים המתכתיים, ותנאי התגובה המתונים יחסית תורמים כולם לעדיפות הקשורה לצריכת אנרגיה ולעלויות אחרות הקשורות לתהליך, אומרים החוקרים. “עבור יישומים מעשיים, שני הגורמים הבאים ממש חשובים – מיפוי טביעת הרגל של הפחמן הדו-חמצני ויכולת המיחזור של הזרז,” אמר החוקר הראשי. “התוצאות הטכניות שלנו והבדיקות האחרות שערכנו מראים כי השיטה שלנו פותחת צוהר יעיל להמרת פחמן דו-חמצני לכדי תוצרי פחמן מוצק יקרי ערך תוך יצירת מימן מתחדש.” אם נוכל להפעיל את התגובות הללו על ידי אנרגיה מתחדשת, אזי הממצאים שלנו יהיו באמת בבחינת “פחמן שלילי”, תוך כדי יצירת הזדמנויות חדשות להפחתה יעילה של פחמן דו-חמצני”.
עוד בנושא באתר הידען:
4 תגובות
כתבה מקיפה ומעניינת. היות ואני עוקב כבר שנים אחר כתבותיו של החתום על כתבה זו, אני מעריך שהשימוש במודלי שפה גדולים משפר מאוד את איכות הכתבות.
אתר הידען הוא בדיוק ההפך מאתר מסיונרי, הוא מקדם את הרציונליות, ואף דת אינה רציונלית ובוודאי לא כתות כך שזו הפרכה של טענתיך. באשר לאנטי ישראלי, אילו היית קוראת כתבות רבות מספור על הנעשה באוניברסיטאות בישראל כולל בר אילן ואריאל היית מבינה שאני לא אנטי ישראלי. אלא אם כן אנטי ישראלי הוא בעינייך כל מי שמתנגד להשתלטות גורמים חשוכים על ישראל כביכול בשם הדת היהודית. אין צורך עכשיו להסביר מה הבעיה בזה שהמדינה צריכה לקחת הלוואות בריבית גבוהה למימון המלחמה ובמקום לקצץ היא מכפילה את התשלום לתלמידי הישיבות ושאר העיסוקים החרדים ל-1.7 מיליארד שקל.
Cloud Continents: Terraforming Venus
Efficiently by Means of a Floating Artificial
Surface
Alex R. Howe
https://arxiv.org/pdf/2203.06722.pdf
עכשיו רק צריך לחבר בינייהם
זהירות זה אתר מיסיונרי. או אנטי דת, לא הולם את העם היהודי