دراسات وابحاث
اكتشف العلماء “قفص الأقفاص”الجزيء الأول من نوعه الذي يمتص الغازات الدفيئة
اكتشف العلماء “قفص الأقفاص”الجزيء الأول من نوعه الذي يمتص الغازات الدفيئة
مصر:إيهاب محمد زايد
“قفص الأقفاص” هو الطريقة التي وصف بها العلماء نوعًا جديدًا من المواد المسامية، الفريدة من نوعها في تركيبها الجزيئي، والتي يمكن استخدامها لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون وغاز آخر أكثر قوة من غازات الدفيئة.
تم تصنيع المادة في المختبر من قبل باحثين في المملكة المتحدة والصين، ويتم تصنيعها في خطوتين، حيث تقوم التفاعلات بتجميع كتل بناء المنشور الثلاثي في أقفاص رباعية السطوح أكبر وأكثر تناسقًا – مما ينتج أول هيكل جزيئي من نوعه، كما يدعي الفريق.
المادة الناتجة، مع وفرة الجزيئات القطبية، تجذب وتحتفظ بالغازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) بألفة قوية. كما أظهر أيضًا ثباتًا ممتازًا في الماء، وهو أمر بالغ الأهمية لاستخدامه في احتجاز الكربون في البيئات الصناعية، من تيارات الغاز الرطبة أو الرطبة.
يقول مارك ليتل، عالم المواد في جامعة هيريوت وات في إدنبره وكبير مؤلفي الدراسة: “هذا اكتشاف مثير، لأننا نحتاج إلى مواد مسامية جديدة للمساعدة في حل أكبر التحديات التي يواجهها المجتمع، مثل احتجاز وتخزين الغازات الدفيئة”. “.
الناتج من هذا هو رسم جزئيات رسم تخطيطي يوضح التجميع الجزيئي لبنية تشبه القفص من وحدات بناء أبسط.
ولصنع المادة المسامية، تتجمع الجزيئات الأولية ذات شكل المنشور الثلاثي في هياكل أكبر تشبه القفص. (تشو وآخرون، تركيب الطبيعة، 2024)
وعلى الرغم من عدم اختبارها على نطاق واسع، أظهرت التجارب المعملية أن المادة الجديدة التي تشبه القفص تحتوي أيضًا على نسبة عالية من سداسي فلوريد الكبريت (SF6)، والذي يعد أقوى غازات الدفيئة وفقًا للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ.
عندما يبقى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لمدة تتراوح ما بين 5 إلى 200 عام، يمكن لسادس SF6 أن يظل موجودًا لمدة تتراوح بين 800 إلى 3200 عام. لذا، على الرغم من أن مستويات SF6 في الغلاف الجوي أقل بكثير، إلا أن عمره الطويل للغاية يمنح SF6 إمكانية الاحتباس الحراري العالمي بحوالي 23500 مرة مقارنة بثاني أكسيد الكربون عند مقارنته على مدار أكثر من 100 عام.
إن إزالة كميات كبيرة من غاز SF6 وثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، أو منعها من الدخول إليه في المقام الأول، هو ما يتعين علينا القيام به بشكل عاجل للسيطرة على تغير المناخ.
يقدر الباحثون أننا بحاجة إلى استخراج حوالي 20 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون كل عام لإلغاء انبعاثات الكربون التي تتجه نحو الأعلى.
حتى الآن، تزيل استراتيجيات إزالة الكربون حوالي 2 مليار طن سنويًا، ولكن هذا في الغالب تقوم به الأشجار والتربة. إن حوالي 0.1% فقط من إزالة الكربون، أي حوالي 2.3 مليون طن سنويًا، تتم بفضل التقنيات الجديدة مثل الالتقاط المباشر للهواء، والذي يستخدم مواد مسامية لامتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء.
الباحثون مشغولون بابتكار مواد جديدة لتحسين التقاط الهواء المباشر لجعله أكثر كفاءة وأقل استهلاكًا للطاقة، ويمكن أن تكون هذه المادة الجديدة خيارًا آخر. ولكن لتجنب أسوأ تأثيرات تغير المناخ، يتعين علينا أن نعمل على الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة بشكل أسرع مما تستطيع هذه التكنولوجيات الناشئة حاليا القيام به.
ومع ذلك، يتعين علينا أن نبذل كل ما في وسعنا لمعالجة هذه المشكلة العالمية. لم يكن إنشاء مادة بهذا التعقيد الهيكلي العالي أمرًا سهلاً، حتى لو قامت الجزيئات الأولية بتجميع نفسها تقنيًا.
وتسمى هذه الإستراتيجية بالتجميع الذاتي فوق الجزيئي. يمكن أن تنتج هياكل متشابكة كيميائيًا من وحدات بناء أبسط، ولكنها تحتاج إلى بعض الضبط الدقيق لأن “أفضل ظروف التفاعل غالبًا ما لا تكون واضحة بشكل حدسي”، كما أوضح ليتل وزملاؤه في ورقتهم البحثية المنشورة.
كلما كان الجزيء النهائي أكثر تعقيدًا، أصبح تصنيعه أكثر صعوبة ويمكن أن يحدث المزيد من “التخليط” الجزيئي في تلك التفاعلات.
وللتعامل مع تلك التفاعلات الجزيئية غير المرئية، استخدم الباحثون عمليات المحاكاة للتنبؤ بكيفية تجميع جزيئاتهم الأولية في هذا النوع الجديد من المواد المسامية. لقد أخذوا في الاعتبار هندسة الجزيئات الأولية المحتملة، والاستقرار الكيميائي والصلابة للمنتج النهائي.
وبصرف النظر عن قدرتها على امتصاص الغازات الدفيئة، يقترح الباحثون أن المواد الجديدة يمكن استخدامها أيضًا لإزالة الأبخرة السامة الأخرى من الهواء، مثل المركبات العضوية المتطايرة، والتي تتحول بسهولة إلى أبخرة أو غازات من الأسطح بما في ذلك داخل السيارات الجديدة.
يقول ليتل: “إننا نعتبر هذه الدراسة خطوة مهمة نحو فتح مثل هذه التطبيقات في المستقبل”.
وقد نشرت الدراسة في مجلة Nature Synthesis.
