שיטה יעילה ואולי אף טעימה ללכידת פחמן דו-חמצני

תרכובות אכילות המכילות סוכר מלח ואלכוהול יכולות לאתר, ללכוד ולאחסן פחמן דו-חמצני באופן יעיל

לפני כשנה, כימאים מאוניברסיטת נורת’ווסטרן פרסמו את המתכון שלהם להכנת קבוצה חדשה של ננו-מבנים המורכבים מסוכר, מלח ואלכוהול. כעת, אותו הצוות גילה כי התרכובות האכילות הללו יכולות לאתר, ללכוד ולאחסן פחמן דו-חמצני באופן יעיל.

הגבישים הנקבוביים – הידועים בשמם המדעי “שלדות מתכתיות-אורגניות” (metal-organic frameworks, MOFs) – כוללים רכיבים טבעיים בלבד והם פשוטים להכנה, עובדה ההופכת אותם לבעלי יתרון עצום יחסית לשלדות מתכתיות-אורגניות אחרות. חומרים רגילים ממשפחה זו, שגם הם יעילים בקליטת פחמן דו-חמצני, מופקים בדרך כלל מחומרים המבוססים על נפט גולמי ולעיתים הם כוללים בתוכם גם מתכות כבדות רעילות. מאפיינים אחרים של שלדות מתכתיות-אורגניות הם יכולתן להופיע בצבע אדום כאשר הן מלאות לחלוטין בפחמן דו-חמצני, והפיכותו של תהליך הלכידה. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Journal of the American Chemical Society.

“אנו יכולים לקחת מולקולות שמקורן בפחמן אטמוספירי, דרך תהליך הפוטוסינתזה, ולהשתמש בהן על מנת ללכוד כמות נוספת של פחמן דו-חמצני,” אומר Ross S. Forgan, אחד החוקרים שהיה כותב-שותף של המאמר. “בזכות הכנת החומרים שלנו מחומרים טבעיים, לא רק שאנו מייצרים חומרים שהינם בלתי-רעילים לחלוטין, אלא שאנו גם מפחיתים את כמות פליטות הגז פחמן דו-חמצני הכרוכות בהפקתם.” הרכיב העיקרי, גמא-ציקלודקסטרין, הינו מולקולת סוכר מתחדשת ביולוגית המופקת מתוך עמילן תירס. מולקולות הסוכר מעוגנות במקומן על-ידי אטומי מתכת שמקורם במלחים כגון אשלגן בנזואט או רובידיום הידרוקסיד, והסידור המדוייק של הסוכרים בגביש הוא המקנה להם את יכולת הלכידה המוצלחת של הפחמן הדו-חמצני.

“מסתבר כי מאורע בלתי-צפוי למדי מתרחש כאשר ממקמים מולקולות סוכר רבות אחת ליד השנייה בסביבה בסיסית – הן מתחילות להגיב עם פחמן דו-חמצני בתגובה הדומה לקיבוע חמצן, שהוא התהליך שבו מופקים מלכתחילה הסוכרים בטבע,” מציין החוקר הראשי. “בעקבות תגובה זו, הפחמן הדו-חמצני נקשר בחוזקה בתוככי הגבישים, אולם עדיין ניתן להוציא אותו החוצה לאחר מכן באופן פשוט.”

העובדה כי פחמן דו-חמצני מגיב עם השלדות המתכתיות-אורגניות, התרחשות בלתי-רגילה, הוביל לפיתוח שיטה פשוטה לזיהוי הרגע שבו חומרים אלו הגיעו לקיבולת המלאה שלהם. החוקרים מיקמו מולקולת אינדיקטור, המזהה שינויים במידת החומציות באמצעות שינוי צבעה, בתוך כל אחד מהגבישים. כאשר הגבישים הצהובים של החומר מלאים בפחמן דו-חמצני הם משנים את צבעם לאדום.

הפשטות של החומרים החדשים, יחד עם עלותם הנמוכה והיותם ידידותיים לסביבה, הופכים אותם למועמדים טובים עבור מסחור עתידי. מוסיף אחד מהחוקרים: “אני סבור כי הממצאים שלנו מהווים הדגמה יוצאת דופן ליכולת היישום של כימיה פשוטה עבור בעיות עכשוויות כגון לכידת פחמן וטכנולוגיות חישה.”

הידיעה על המחקר