“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، مع تفاعلات تجميع كتل بناء المنشور الثلاثي في أقفاص رباعية السطوح أكبر وأكثر تناسقًا – مما ينتج أول هيكل جزيئي من نوعه. يدعي الفريق.
المادة الناتجة، مع وفرة الجزيئات القطبية، تجذب وتحتفظ بالغازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) مع تقارب قوي. كما أظهر أيضًا ثباتًا ممتازًا في الماء، وهو أمر بالغ الأهمية لاستخدامه في احتجاز الكربون في البيئات الصناعية، من تيارات الغاز الرطبة أو الرطبة.
“هذا اكتشاف مثير” يقول مارك ليتل، عالم المواد في جامعة هيريوت وات في إدنبرة وكبير مؤلفي الدراسة، “لأننا بحاجة إلى مواد مسامية جديدة للمساعدة في حل أكبر التحديات التي يواجهها المجتمع، مثل التقاط وتخزين غازات الدفيئة.”
على الرغم من عدم اختبارها على نطاق واسع، أظهرت التجارب المعملية أن المادة الجديدة التي تشبه القفص تتمتع أيضًا بقدرة عالية على امتصاص سادس فلوريد الكبريت (SF6)، والتي وفقا للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، هي أقوى غازات الدفيئة.
حيث CO2 يبقى في الغلاف الجوي لمدة 5-200 سنة، SF6 يمكن أن يبقى في أي مكان لمدة تتراوح بين 800 إلى 3200 سنة. وذلك على الرغم من SF6 مستوياته في الغلاف الجوي أقل بكثير، وعمره الطويل للغاية يعطي SF6 إمكانية الاحتباس الحراري من حوالي 23500 مرة أن من CO2 عند مقارنتها بأكثر من 100 عام.
إزالة كميات كبيرة من SF6 وشارك2 من الغلاف الجوي، أو منعها من الدخول إليه في المقام الأول، هو ما يتعين علينا القيام به بشكل عاجل للسيطرة على تغير المناخ.
ويقدر الباحثون أننا بحاجة إلى استخراج حولها 20 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون2 كل سنة لإلغاء انبعاثات الكربون لدينا التي تتجه نحو الأعلى فقط.
حتى الآن، يتم إزالة استراتيجيات إزالة الكربون 2 مليار طن سنويا، ولكن في الغالب تقوم الأشجار والتربة بعملها. فقط حول 0.1% إزالة الكربونحوالي 2.3 مليون طن سنويًا، وذلك بفضل التقنيات الجديدة مثل الالتقاط المباشر للهواء، والذي يستخدم مواد مسامية لامتصاص ثاني أكسيد الكربون.2 من الجو.
الباحثون مشغولون ابتكار 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.
تسمى هذه الاستراتيجية التجميع الذاتي فوق الجزيئي. ويمكنها إنتاج 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 يقول ليتل وزملاؤه. شرح في ورقتهم 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 قدرته على امتصاص الغازات الدفيئة، قال الباحثون يقترح ويمكن أيضًا استخدام المواد الجديدة 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.
“نرى أن هذه الدراسة خطوة مهمة نحو فتح مثل هذه التطبيقات في المستقبل” ليتل يقول.
وقد نشرت الدراسة في توليف الطبيعة.
. “محلل حائز على جوائز. محب للموسيقى. منشئ. هواة Twitter. مستكشف ودود. محب للتواصل ودود.”