مفاعل يعمل بالطاقة الشمسية يحول البلاستيك وغازات الاحتباس الحراري إلى وقود مستدام

طور الباحثون نظامًا يمكنه تحويل النفايات البلاستيكية وغازات الاحتباس الحراري إلى وقود مستدام ومنتجات أخرى ذات قيمة – باستخدام الطاقة من الشمس فقط.

يعد ثاني أكسيد الكربون والبلاستيك من أكثر المواد تلوثًا في البيئة ، ويجب التخفيف من تأثيرهما. ابتكر باحثون في جامعة كامبريدج بالمملكة المتحدة آلية تساهم في استخدام ثاني أكسيد الكربون والمواد البلاستيكية ذات الاستخدام الواحد.

الابتكار أو الآلية الجديدة والتي تعتمد على الطاقة الشمسية هي الأولى من نوعها, بإمكانها تحويل مادتين ملوثتين للبيئة في الوقت نفسه إلى مواد مفيدة.

الأمر الذي يسهم وبقوة في تغيير قواعد اللعبة وتقليل الانبعاثات المسببة لظاهرة الاحتباس الحراري والتلوث البلاستيكي.

يذكر أن ثمة تقنيات عديدة تستخدم الطاقة الشمسية لإعادة التدوير, غير إن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها دمج تقنية تدمج عمليات إعادة تدوير مادتين ملوثتين في نفس الوقت.

تحويل ثاني أكسيد الكربون والبلاستيك إلى منتجات مختلفة

يقوم المفاعل بتحويل ثاني أكسيد الكربون (CO 2) والبلاستيك إلى منتجات مختلفة مفيدة في مجموعة من الصناعات. في الاختبارات، تم تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى غاز تخليقي، وهو لبنة أساسية للوقود السائل المستدام، وتم تحويل الزجاجات البلاستيكية إلى حمض الجليكوليك، والذي يستخدم على نطاق واسع في صناعة مستحضرات التجميل. يمكن ضبط النظام بسهولة لإنتاج منتجات مختلفة عن طريق تغيير نوع المحفز المستخدم في المفاعل.

تهديدات البلاستيك وغازات الاحتباس الحراري

يعد تحويل البلاستيك وغازات الاحتباس الحراري – وهما من أكبر التهديدات التي تواجه العالم الطبيعي – إلى منتجات مفيدة وقيمة باستخدام الطاقة الشمسية خطوة مهمة في الانتقال إلى اقتصاد دائري أكثر استدامة. تم نشر النتائج في مجلة Nature Synthesis .

وفي هذا الإطار قال البروفيسور “إروين ريزنر” زميل كلية سانت جون بكامبريدج: “إن تحويل النفايات إلى شيء مفيد باستخدام الطاقة الشمسية هو هدف رئيسي لأبحاثنا”. “التلوث البلاستيكي مشكلة كبيرة في جميع أنحاء العالم، وغالبًا ما يتم حرق العديد من المواد البلاستيكية التي نرميها في صناديق إعادة التدوير أو ينتهي بها الأمر في مكب النفايات.”

يقود ريزنر أيضًا مركز كامبريدج الدائري للبلاستيك (CirPlas)، والذي يهدف إلى التخلص من النفايات البلاستيكية من خلال الجمع بين التفكير السماوي والتدابير العملية.

تبشر تقنيات “إعادة التدوير” الأخرى التي تعمل بالطاقة الشمسية بمعالجة التلوث البلاستيكي وتقليل كمية غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي، ولكن حتى الآن، لم يتم دمجها في عملية واحدة.

قال سوبهاجيت باتاتشارجي، المؤلف الأول المشارك في الورقة البحثية: “إن التكنولوجيا التي تعمل بالطاقة الشمسية والتي يمكن أن تساعد في معالجة التلوث البلاستيكي وغازات الاحتباس الحراري في نفس الوقت يمكن أن تغير قواعد اللعبة في تطوير اقتصاد دائري”.

قال المؤلف المشارك الأول الدكتور موتيار رحمان: “نحتاج أيضًا إلى شيء يمكن ضبطه، بحيث يمكنك بسهولة إجراء التغييرات اعتمادًا على المنتج النهائي الذي تريده”.

طور الباحثون مفاعلًا متكاملًا من جزأين منفصلين: أحدهما للبلاستيك والآخر لغازات الاحتباس الحراري. يستخدم المفاعل ماصًا للضوء يعتمد على البيروفسكايت – وهو بديل واعد للسيليكون من أجل الجيل التالي من الخلايا الشمسية.

صمم الفريق محفزات مختلفة تم دمجها في ممتص الضوء. عن طريق تغيير المحفز، يمكن للباحثين بعد ذلك تغيير المنتج النهائي. أظهرت اختبارات المفاعل تحت ظروف درجة الحرارة والضغط العادية أن المفاعل يمكنه تحويل الزجاجات البلاستيكية PET و CO 2 بكفاءة إلى أنواع مختلفة من الوقود القائم على الكربون مثل CO أو syngas أو formate، بالإضافة إلى حمض الجليكوليك. أنتج المفاعل الذي طورته كامبريدج هذه المنتجات بمعدل أعلى أيضًا من عمليات تقليل ثاني أكسيد الكربون التحفيزية التقليدية.

قال رحمان: “بشكل عام، يتطلب تحويل ثاني أكسيد الكربون قدرًا كبيرًا من الطاقة، ولكن مع نظامنا، فأنت تقوم ببساطة بتسليط الضوء عليه، ويبدأ في تحويل المنتجات الضارة إلى شيء مفيد ومستدام”. “قبل هذا النظام، لم يكن لدينا أي شيء يمكن أن يصنع منتجات عالية القيمة بشكل انتقائي وفعال”.

تعدد الاستخدامات

“ما يميز هذا النظام هو تعدد الاستخدامات وقابلية التوليف – فنحن نصنع جزيئات كربونية بسيطة إلى حد ما في الوقت الحالي، ولكن في المستقبل، يمكننا ضبط النظام لإنتاج منتجات أكثر تعقيدًا، فقط عن طريق تغيير قال بهاتاشارجي.

تلقى Reisner مؤخرًا تمويلًا جديدًا من مجلس الأبحاث الأوروبي للمساعدة في تطوير مفاعلهم الذي يعمل بالطاقة الشمسية. على مدى السنوات الخمس المقبلة، يأملون في تطوير المفاعل بشكل أكبر لإنتاج جزيئات أكثر تعقيدًا. يقول الباحثون إنه يمكن استخدام تقنيات مماثلة يومًا ما لتطوير محطة إعادة تدوير تعمل بالطاقة الشمسية بالكامل.

الاقتصاد الدائري

قال ريزنر: “إن تطوير اقتصاد دائري، حيث نصنع أشياء مفيدة من النفايات بدلاً من رميها في مكب النفايات، أمر حيوي إذا أردنا معالجة أزمة المناخ بشكل هادف وحماية العالم الطبيعي”. “وتشغيل هذه الحلول باستخدام الشمس يعني أننا نقوم بذلك بطريقة نظيفة ومستدامة.”

الدولة الأكثر مساهمة في المخلفات البلاستيكية

مؤخرا, كشف تقرير حديث عن أكبر الدول المساهمة في المخلفات البلاستيكية حول العالم. وذكر التقرير الذي قدّم إلى الحكومة الفيدرالية، أن الولايات المتحدة أكبر مساهم في المخلفات البلاستيكية.

وساهمت الولايات المتحدة بحوالي 42 مليون طن متري من المخلفات البلاستيكية عام 2016، أي أكثر من ضعف ما ساهمت فيه الصين ودول الاتحاد الأوروبي مجتمعة، وفقا للتقرير.

وفي المتوسط، ينتج كل أميركي 130 كيلوغراما من المخلفات البلاستيكية سنويا، فيما تأتي بريطانيا ثانية بمعدل 99 كيلوغراما للفرد سنويا، وكوريا الجنوبية ثالثة بمعدل 88 كيلوغراما للفرد في السنة.

وكتبت مارغريت سبرينغ، كبيرة مسؤولي العلوم في مونتيري باي أكواريوم التي ترأست لجنة الخبراء التي وضعت التقرير “إن نجاح اختراع البلاستيك في القرن العشرين أدى إلى حدوث طوفان عالمي من المخلفات البلاستيكية كما هو واضح في كل مكان ننظر إليه”.

وأضافت أن المخلفات البلاستيكية العالمية تمثل “أزمة بيئية واجتماعية” أثرت على المجتمعات التي تعيش في الداخل وعلى السواحل وتلوثت الأنهار والبحيرات والشواطئ، وألقت أعباء اقتصادية على المجتمعات، وقد عرّضت الحياة البرية للخطر ولوّثت المياه التي يعتمد عليها البشر في الغذاء، حسبما نقلت “فرانس برس”.

وأوضح التقرير أن إنتاج البلاستيك العالمي ارتفع من 20 مليون طن متري عام 1966 إلى 381 مليون طن متري في 2015، بزيادة مقدارها 20 ضعفا على مدى نصف قرن.

وقال التقرير إن ما يقدر بنحو بثمانية أطنان مترية من النفايات البلاستيكية تدخل العالم سنويا، وهو ما يعادل تفريغ شاحنة من النفايات البلاستيكية في المحيط كل دقيقة”.

وقدّم التقرير عددا من الإجراءات لمعالجة الأزمة من بينها خفض إنتاج البلاستيك واستخدام مواد تتحلل بسرعة أكبر ويمكن إعادة تدويرها بسهولة والحد من بعض المواد البلاستيكية الأحادية الاستخدام وتحسين إدارة النفايات، مثل تقنيات إزالة الجسيمات البلاستيكية الدقيقة من مياه الصرف.