محققان دانشگاه میشیگان موفق به توسعه روشی نوآورانه شدند که دی‌اکسید کربن را به ماده‌ای ارزشمند برای تولید سیمان تبدیل می‌کند.
به گزارش تکناک، این فرایند نه تنها از انتشار بیشتر گازهای گلخانه‌ای جلوگیری می‌کند، بلکه گازهای موجود در جو را به مصالح ساختمانی پایدار تبدیل می‌سازد.
فهرست مطالب
از ماده‌ای بی‌ارزش تا ماده‌ای سودمند
به گفته چارلز مک‌کوری، یکی از پژوهشگران این نوآوری، این پروژه نشان می‌دهد که چگونه می‌توان گاز دی‌اکسید کربن را که اغلب بی‌ارزش تلقی می‌شود، به ماده‌ای باارزش تبدیل کرد.
این تحقیق از فعالیت‌های مرکز تحقیقاتی «بستن چرخه کربن» یا همان Closing the Carbon Cycle (4C) نشأت گرفته است. این مرکز که با حمایت وزارت انرژی آمریکا فعالیت می‌کند، بر تبدیل دی‌اکسید کربن به سوخت‌ها و مواد صنعتی ارزشمند تمرکز دارد. مدیریت مرکز 4C بر عهده جنی یانگ از دانشگاه کالیفرنیا است.
تمرکز روی عامل اصلی انتشار کربن
یکی از اولویت‌های اصلی این پژوهش، صنعت سیمان است. سیمان پرتلند، که رایج‌ترین نوع سیمان در جهان است، از سنگ آهک و مواد معدنی کلسیمی تولید می‌شود. فرایند تولید آن بسیار پرانرژی و عامل اصلی انتشار دی‌اکسید کربن در جهان است.
پژوهشگران با تمرکز بر ترکیباتی به نام اگزالات‌های فلزی (Metal Oxalates) به نتایج امیدوارکننده‌ای دست یافتند. این ترکیبات که نمک‌های ساده‌ای هستند، می‌توانند به عنوان پیش‌ماده برای تولید سیمان عمل کنند.
چالش سرب و راه‌حل هوشمندانه دانشمندان
در مطالعات اولیه، از سرب به‌عنوان کاتالیزور برای تبدیل دی‌اکسید کربن به اگزالات‌های فلزی استفاده می‌شد، اما مقادیر زیاد سرب، خطرات زیست‌محیطی و بهداشتی جدی داشت.
پژوهشگران برای حل این مشکل، با استفاده از پلیمرهای خاص که محیط اطراف کاتالیزور را کنترل می‌کردند، میزان سرب مورد نیاز را به سطح بسیار پایین و در حد «قسمت در میلیارد» (ppb) کاهش دادند. این مقدار با ناخالصی‌های طبیعی موجود در بسیاری از مواد کربنی صنعتی قابل مقایسه است.
اگزالات‌های فلزی یک حوزه نوین در علم هستند که می‌توانند جایگزین سیمان شوند، در فرایندهای شیمیایی به کار روند و حتی دی‌اکسید کربن را ذخیره کنند.
فرایند تبدیل دی‌اکسید کربن به سیمان
آناستازیا آلکساندرووا، یکی از پژوهشگران این پروژه گفت: «در این پروژه ما نشان داده‌ایم که حتی یک ناخالصی سربی در مقیاس بسیار جزئی نیز می‌تواند نقش یک کاتالیزور مؤثر را ایفا کند. این رویکرد می‌تواند افق‌های جدیدی برای کشف کاتالیزورها باز کند.»
فرایند تبدیل با استفاده از دو الکترود انجام می‌شود:
- در یکی از الکترودها، دی‌اکسید کربن به یون‌های اگزالات تبدیل و در محلول حل می‌شود.
- در الکترود دیگر، یون‌های فلزی آزاد و با اگزالات ترکیب می‌شوند تا اگزالات‌های فلزی جامد تشکیل دهند.
این ترکیبات جامد می‌توانند به عنوان پیش‌ماده‌هایی برای تولید سیمان‌های پاک و پایدار مورد استفاده قرار گیرند.
پایداری ساختاری با تبدیل دی‌اکسید کربن به سیمان
دکتر مک‌کوری تأکید کرد که اگزالات‌های فلزی پس از تولید، پایدار هستند و تحت شرایط عادی دوباره به دی‌اکسید کربن تبدیل نمی‌شوند. او همچنین بیان کرد که بخشی از این فرایند، یعنی الکترولیز دی‌اکسید کربن، هم‌اکنون در مقیاس صنعتی توسعه یافته است.
وی تصریح کرد: «ما هنوز با صنعتی‌سازی کامل فاصله داریم، اما این فرایند قطعاً قابلیت مقیاس‌پذیری دارد. کاهش سرب به سطح بسیار کم از اهداف اصلی ما بوده است، چرا که استفاده از مقدار زیاد سرب در مقیاس صنعتی معقول و سازگار با محیط زیست نبود.»
این نوآوری علمی می‌تواند نقطه عطفی در صنعت ساخت‌وساز و محیط زیست باشد. تبدیل آلودگی کربنی به مصالح ساختمانی نه تنها از انتشار بیشتر جلوگیری می‌کند، بلکه راهی هوشمندانه برای بازیافت گازهای گلخانه‌ای نیز فراهم می‌سازد. اگر این فرایند به مقیاس صنعتی برسد، ممکن است شاهد ساختمان‌هایی باشیم که از آلودگی‌ها ساخته شده‌اند!
