כדורי באקי ללכידת גזי חממה

אמינים המחוברים לפולרנים כדוריים (כדורי-באקי) מסוגלים לספוג פחמן דו-חמצני מפליטות של מפעלי תעשייה ובארות של גז טבעי, זאת לפי מחקר חדש.

[מאת ד”ר נחמני משה]

ניסויים שנערכו בטווחי לחצים של 50-1 אטמוספירות הדגימו כי התרכובת החדשה שפותחה באוניברסיטת רייס מצליחה ללכוד פחמן דו-חמצני בכמות השווה לחמישית ממשקלה, זאת ללא לכידת כמויות מדידות של מתאן. במעבדה של הכימאי Andrew Barron התגלה במסגרת מחקר מסוג הוכחת רעיון כי תרכובות עתירות-אמין יעילות במיוחד בלכידת גזי חממה כאשר משלבים אותן יחד עם מולקולות של פולרן-60. ממצאי המאמר פורסמו בכתב-העת המדעי Scientific Reports.

“היו לנו שתי מטרות,” אומר החוקר הראשי. “הראשונה, לפתח תרכובת שתהיה בררנית לחלוטין בתגובתה עם פחמן
דו-חמצני בהשוואה לתגובתה עם מתאן בכל לחץ ובכל טמפרטורה. המטרה השנייה הייתה להפחית את הטמפרטורה הגבוהה הנדרשת ע”י תמיסות אמין אחרות במטרה לשחרר החוצה את הפחמן הדו-חמצני הלכוד. לשמחתי, הצלחנו לממש את שתי המטרות הללו.”

פחמן-60, המולקולה שצורתה כדורגל, הידועה גם בשם בקמינסטרפולרן (“כדור בקי”), התגלתה באוניברסיטת רייס ע”י חתני פרס הנובל Richard Smalley, Robert Curl ו- Harold Kroto בשנת 1985. העקמומיות המוחלטת של כדורי בקי עשויה להפוך אותם לאפשרות הטובה ביותר לקשירת מולקולות אמין הלוכדות פחמן דו-חמצני ויחד עם זאת, לאפשר לגז המתאן הרצוי לעבור דרכם. החוקרים השתמשו בכדורי הבקי בתור נקודות קישור בין האמינים השונים, שהם מולקולות מבוססות חנקן. החוקרים יצרו חומר חום וספוגי שבתוכו כדורי בקי הידרופוביים (מתחמקים ממים) הדוחקים את האמינים ההידרופיליים (מחפשי מים) החוצה אל פני השטח, שם המולקולות של פחמן דו-חמצני תוכלנה להיקשר ולהילכד ע”י אטומי החנקן החשופים. כאשר החוקרים התחילו לחבר בין פחמנים לבין אמינים לפני מספר שנים, הם שמו לב לתוצאה מעניינת: מולקולת גרפן שטוחה הצליחה לספוג פחמן דו-חמצני באופן טוב, ננו-שפופרות חד-דופנות ספגו את הגז ברמה טובה יותר, וננו-שפופרות דקיקות יותר עשו זאת ברמה הטובה ביותר. “תוצאה זו מרמזת כי הקערוריות הייתה חשובה לרמת הקישור,” מציין החוקר. “לתרכובת פחמן-60, בהיותה כדור מושלם, יש את הקערוריות הגבוהה ביותר האפשרית מבין כל החומרים המבוססים על אטומי פחמן בלבד.”

החוקר ציין כי התרכובת החדשה השיגה תוצאות טובות יותר בהשוואה למועמדים אחרים המסוגלים ללכוד פחמן ואשר מבוססים על שלדות אורגניות-מתכתיות (MOFs). “החומר שלנו יעיל כמו החומר הקיים הטוב ביותר, אולם הוא הרבה יותר בררני ממנו. הגז מתאן פשוט לא נספג לתוכו,” אמר החוקר. בנוסף, התרכובת החדשה מסוגלת לספוג גם פחמן דו-חמצני רטוב.

החוקר הראשי אומר כי יש חשיבות גם ליכולתה של התרכובת לשחרר את הגז ביעילות לטובת שימוש חוזר בו. “שמנו לב כבר לפני זמן רב כי אם אנו מחברים קבוצות אמין לננו-שפופרות פחמן או לגרפן, הן מפחיתות את הטמפרטורה שבה פחמן דו-חמצני מתמוסס,” מסביר החוקר הראשי. מתקני טיהור תעשייתיים של חומרים מבוססי-אמינים חייבים להיות מחוממים לטמפרטורה של 140 מעלות צלזיוס על מנת לשחרר את הפחמן הדו-חמצני הלכוד; הפחתת הטמפרטורה הזו תוביל מן הסתם לחיסכון באנרגיה הנדרשת ולהפחתת העלות הכספית הכוללת.

“בהשוואה לעלותם של החומרים האמינים שבשימוש כיום, העלות של פחמן-60 היא אומנם יקרה יותר,” מסביר החוקר. “אולם, עלויות האנרגיה תהיינה פחותות יותר מאחר ואתה נדרש לפחות אנרגיה על מנת לשחרר את הגז הלכוד.” הוא מסביר כי מטהרי אמינים גורמים לאובדן החומרים הללו בזמן החימום, כך שיש צורך לחדשם באופן קבוע, ומגבלה זו גורמת לעלויות גבוהות יותר. החוקרים ממשיכים ומנסים למצוא דרכים לשיפור קיבולת הספיגה ולהגברת הקצב שלה.

• המאמר המלא
• הידיעה על המחקר