סיקור מקיף

חומר נקבובי להרחקת פחמן דו-חמצני

היעד שלהם הוא לאתר במהירות חומרים המסוגלים להרחיק באופן יעיל פחמן דו-חמצני מפליטות של מפעלים, לפני שהן יוצאות מהארובות לאטמוספרה ותורמות עוד להתחממות האקלים העולמי

מולקולה אורגנו-מתכתית המיועדת ללכידת דו תחמוצת הפחמן. איור: אוניברסיטת ברקלי
מולקולה אורגנו-מתכתית המיועדת ללכידת דו תחמוצת הפחמן. איור: אוניברסיטת ברקלי
חומרים נקבוביים חדשניים, המורכבים מפרודות אורגנו-מתכתיות, יוכלו ללכוד פחמן דו-חמצני ולסייע בכך במאבק כנגד ההתחממות העולמית.

הכימאי Jeffrey Long, מאוניברסיטת ברקלי, מוביל צוות מגוון של חוקרים שהיעד שלהם הוא לאתר במהירות חומרים המסוגלים להרחיק באופן יעיל פחמן דו-חמצני מפליטות של מפעלים, לפני שהן יוצאות מהארובות לאטמוספרה ותורמות עוד להתחממות האקלים העולמי.

החוקרים מהמרים על משפחת חומרים שהתגלתה לאחרונה הקרויה "שלדות אורגנו-מתכתיות" (metal-organic frameworks), חומרים המתהדרים בשטח פנים פנימי הגדול ביותר. אם פורמים ומשטחים פיסת חומרים שכאלו, בגודל של קוביית סוכר, ניתן יהיה לכסות באמצעותה מגרש כדורגל שלם. כמו-כן, ניתן להתאים את החומר הגבישי כך שיוכל לספוח אליו פרודות מסוימות. הרעיון הוא להנדס את התרכובת עתירת-הנקבוביות הזו למעין חומר "ספוגי-רעבתני" שבולע פחמן דו-חמצני.

החוקרים מקווים למצוא את החומר הנכסף הזה במהלך שלוש השנים הקרובות, ואולי אף מוקדם יותר. לשם כך, הם מפתחים מערכת אוטומאטית שמסוגלת לסנתז בו-זמנית מאות חומרים שכאלו, ואז יסרקו אותם לשם מציאת המועמדים המבטיחים ביותר להמשך שיפור פעילותם.

"התהליך החדשני שלנו אמור להיות פי מאה מהיר יותר משיטות קיימות," אומר החוקר הראשי. "אנו צריכים למצוא במהירות את החומרים של הדור הבא, המסוגלים ללכוד ולשחרר פחמן דו-חמצני ללא צריכת אנרגיה מרובה."

לכידת הפחמן הינה השלב הראשון בלכידת פחמן ואחסונו – אסטרטגיה לצמצום שינוי האקלים – שבה מעורבים שלבים של שאיבת פחמן דו-חמצני דחוס לכוד ממאגרים נייחים גדולים והזרמתו לתוך מבנים סלעיים תת-קרקעיים המסוגלים לאחסן אותו לתקופות זמן ממושכות. מדענים רבים, בכללם צוות החוקרים של התוכנית הבינלאומית של האו"ם לשינויי האקלים, מאמינים כי הטכנולוגיה הזו הינה המפתח לריסון כמות הפחמן הדו-חמצני הנפלט לאטמוספרה. דלקים מאובנים, כגון: פחם וגז טבעי כנראה עדיין יוותרו מקורות אנרגיה שופעים וזולים בעשורים הבאים – למרות הפיתוח המתמשך של מקורות אנרגיה חלופיים.

שיטות ללכידת פחמן ואחסונו נבחנות בקנה-מידה נרחב רק במספר מועט של מקומות בעולם. אחת מהמהמורות הגדולות ביותר ליישומה התעשייתי של השיטה הינה עלויות האנרגיה הנלוות אליה. כיום, חומרים לוכדי פחמן דו-חמצני, כגון חומרים של אמינים נוזליים, מנצלים לבדם שלושים אחוזים מהאנרגיה הנצרכת במפעל.

בכדי להתגבר על מהמורה זו, מדענים תרים אחר חלופות שיוכלו לפעול שוב ושוב תוך עלויות אנרגיה נמוכות. זהו תהליך איטי ומייגע. חומרים מבטיחים, כגון שלדות אורגנו-מתכתיות, מופיעים במיליוני צורות, ורק מעט מהם יצליחו ללכוד פחמן. מציאת החומר הטוב ביותר עשויה להימשך שנים.

אולם, ייתכן ומצב זה עשוי להשתנות. "אנו מעוניינים להריץ את תהליך האיתור במהירות ולמצוא חומרים שצורכים רק עשרה אחוזים מאנרגית המפעל," אומר החוקר הראשי. מכונה ממוחשבת תסנתז באופן אוטומאטי מאות שלדות אורגנו-מתכתיות ושיטת בדיקה של השתברות קרני-רנטגן תשמש כשלב המיון הראשוני למציאת חומרים חדשים מתאימים. בשלב הבא, שיטת בדיקה של תהודה מגנטית גרעינית (תמ"ג, NMR) תאתר את החומרים בעלי גודל הנקבוביות המתאים ביותר ללכידת פחמן דו-חמצני.

בשלב הבא יגיע המבחן החשוב ביותר: האם החומר יוכל ללכוד פחמן דו-חמצני מתוך ארובה? באמצעות ציוד חדיש, שנבנה במיוחד לשם כך, תבוצע בדיקה של ספיחת הגז לקבלת התשובה לשאלה זו. לציוד זה יצורפו חישובים ממוחשבים שיסרקו את המידע המתקבל ויסייעו במיקוד הסבב הבא של הסינתזות. חומרים מבטיחים יעברו הערכה נוספת בכדי לקבוע אם עלות ייצורם גבוהה מדי עבור מסחורם. "לא נרצה למצוא חומר מבטיח ואז לגלות שעלות ייצורו כה גבוהה עד שאף אחד לא ישתמש בו," מסביר החוקר.

"אנו צריכים למצוא את הטווח המיטבי של שלדות אורגנו-מתכתיות עבור כל מפעל ומפעל," מציין החוקר. "בסופו של דבר, מחקר זה יוביל לייצור חומרים הכדאיים לבדיקה תעשייתית ולמסחורם."

הידיעה מהאוניברסיטה

6 תגובות

  1. הפתרון הפשוט מבוסס על שאיבת דו תחמוצת הפחמן מהאטמוספירה והפיכתו לכוהל בתהליך כימי ידוע מזה שנים…כאשר השפע של הכוהל יהיה זמין יש שתי אפשרויות: לתדלק מכוניות או לתת לאוכלוסיה שתייה חריפה בחינם וכך ישכחו כולם מהבעיות האקולוגיות..

  2. בתוספת של כל הפשעים של האנושות כלפי הסביבה, נוסף פשע חדש.
    לכידת CO2 ואי שחרורו לאטמוספרה היא מעשה שלא יעשה. כמות החמצן באטמוספירה הוא גודל קבוע.
    הוא מתמחזר ע"י פוטוסינטזה של הצמחים. כיום כמות החמצן באטמוספירה בין 19-21%.אם לא ימוחזר החמצן, תוך שנה יגמר החמצן באטמוספירה.
    אז כל אלה המבקשים להקטין את ה-CO2 שישרפו פחות דלק ומה ששרפו שיתנו לצמחים לתקן.
    אני מקווה כי מדענים חסרי אחריות לא יתחילו לייצר מלכודות CO2.

  3. פיתרון לבעיות וירטואליות. ביזבוז זמן אנרגיה וכסף.
    הציבור ישלם.

  4. קבלו רעיון בחינם:
    מעל לכל ארובה או לידה תהיה תחנת רוח ו\או תחנה סולרית שיוכלו ליצר חשמל בעבור גנרטור שיהיה מחובר למדחס. כל האוויר המזוהם בכמויות גדולות של פד"ח ושאר מרעין יישאב על ידי המדחס לבלונים דחוסים (בלוני צלילה למשל מגיעים למאתיים אטמס', אני מניח שיש טכנולוגיות טובות יותר).
    כעת (וכאן נדמה לי הרעיון החשוב), את אותו אוויר דחוס שאולי משנה גם מצב צבירה לנוזל בזמן הזה, מעבירים לחממות מיוחדות שבנויות לקבלה של כמויות פד"ח גבוה ובהן קצב הגדילה ויצור הביומסה גבוהים יותר. במהלך השחרור של הגז, אגב, ניתן גם להפיק אנרגיה ולהזיז איתה איזה טורבינה או משהו.
    אם יש יותר מדי זהום ופחות מדי חממות שצורכות אותו (נדמה לי שבקצב הגידול העולמי הצימוד הזה הכרחי כדי להאכיל את ההמון, אבל מילא – לא בכך אנו עוסקים כעת), ניתן להטמין את הגז הזה בתוך מרבצי דלק מחצבי במעמקי הים ולהחזיר את הפחמן למקום שממנו הוא הגיע אלינו. שם, בעומק הזה ובלחצים הללו, הוא אולי מתנזל או מגיב עם הסביבה ונקשר. על כל פנים, המאגרים הללו יחסית סגורים ומה שנכנס לא יוצא אם לא מוציאים אותו.
    אפשר אולי להכניס מצינור בצד אחד ועם הלחץ שנוצר בגוף המחצב להשתמש בפחות אנרגיה לשאיבה.

    הפרטים לא ידועים ודרוש הרבה מו"פ פה, אבל נראה לי שזה עלול להשתלם לכולם. במיוחד הצימוד של פד"ח וחממות ייעודיות. כזכור לכולנו – רוביסקו הוא אנזים תחרותי בין פחמן לחמצן. ריכוזים גבוהים של פחמן יעלו את יעילות הקיבוע ואת הנטו של הביומסה.

    בברכת חברים,
    עמי בכר

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן