استخدام ضوء الشمس في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ميثان قد يساعد في تخزين الطاقة المتجددة

يقول باحثون في كوريا الجنوبية إنهم وجدوا طريقة واعدة لإنتاج الوقود من غازات الدفيئة باستخدام أشعة الشمس، والمعادن المشتركة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى غاز الميثان.

تجمع العملية التي طوروها جزيئات صغيرة من أكاسيد الزنك، وأكاسيد النحاس في المياه الكربونية.

عندما يضرب ضوء الشمس الجزيئات، تصبح أكاسيد المعادن عاملاً حفازاً للتفاعل الكيميائي الذي يكسر ثاني أكسيد الكربون في الماء، ويربط الكربون بجزيئات الهيدروجين، مما ينتج عنه الميثان النقي تقريباً – المكون الرئيسي للغاز الطبيعي.

يمكن أن يتم تخزين هذا الغاز، وحرقه لإنتاج الطاقة أو استخدامها لإنتاج أنواع الوقود الاصطناعية الأخرى، حسب الكيميائي هيونجون سونغ. وقال سونغ أن هذه العملية تحتاج الى بعض التحسين قبل أن تستخدم على نطاق واسع.

“مع ذلك، فإن عمليتنا التحفيزية ترضي كلا من الموضوعات الهامة – تخزين الطاقة الشمسية وخفض ثاني أكسيد الكربون في الهواء”.

نشر سونغ وزملاؤه في معهد كوريا للعلوم الأساسية نتائجهم في 7 نوفمبر في مجلة ناتشر كومونيكاتيونس.

وتشير الدراسة إلى طريقة جديدة لتخزين الطاقة من مصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية، وطاقة الرياح لسد الثغرات بين العرض والطلب – وتفعل شيئاً مفيداً مع فائض ثاني أكسيد الكربون الذي جمعه العالم في قرنين من حرق الوقود الأحفوري.

وقال كيفن هاريسون، وهو مهندس يعمل على مشاريع مماثلة في المختبر الوطني للطاقة المتجددة في كولورادو: “عندما أشرب علبة من صودا البوب، لدي خيار إعادة تدويرها حتى يمكن استخدامها مرة أخرى، أو يمكنني رميها في القمامة حيث تنتهي في مكب النفايات”.

ومع بذل جهود أوسع نطاقاً لالتقاط ثاني أكسيد الكربون الصادر عن المنشآت الصناعية، “يمكنك إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون إلى حد كبير مثلما يمكنك إعادة تدوير علبة القصدير”.

العملية التي وضعها الكوريون الجنوبيون تستخدم معدنين رخيصين وفيرين – على سبيل المثال، يوجد عادة أكسيد الزنك في الواقي من الشمس. وقال سونغ أنه ينتج حوالى 400 جرام (14 أوقية) من غاز الميثان لكل كيلوغرام من المحفزات المستخدمة.

وقال سونغ إن هذه النسبة يجب أن ترتفع إذا كانت العملية ستكون قادرة على المنافسة ضد العمليات الأخرى. وأضاف “لكننا نعتقد أن نهجنا يبدأ بتمهيد الطريق للتفكير حقاً فى التطبيقات التجارية لخفض ثاني اكسيد الكربون”.

وقد أدى التدافع لتجنب تغير المناخ الكارثي إلى طفرة عالمية في مجال الطاقة المتجددة.

ولكن الباحثين لا يزالون يحاولون معرفة كيفية تخزين كميات كبيرة من الطاقة من الرياح أو الطاقة الشمسية ليوم ممطر، إذا جاز التعبير.

في حين أن قدراً كبيراً من البحوث قد ذهب إلى بطاريات أحدث وأكثر كفاءة، كان العلماء والمهندسين الآخرين يدرسون ما إذا كان يمكن استخدامها لإنتاج أنواع الوقود التقليدية أكثر.

ومن شأن حرق غاز مشتق من مصادر متجددة أن يسمح لمحطات توليد الطاقة التقليدية بإنتاج الكهرباء في أوقات لا تكون فيها مصادر الطاقة المتجددة متاحة.

هاريسون هو المحقق الرئيسي لمشروع مشترك من قبل نريل، ذراع وزارة الطاقة الأمريكية، ومرفق جنوب كاليفورنيا للغاز في لوس أنجلوس، الذي يستخدم الطاقة المتجددة لتقسيم المياه إلى الهيدروجين والأكسجين، ثم يغذي الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون للبكتيريا في خزان ساخن.

تتغذى الميكروبات على تلك الغازات وتطلق غاز الميثان، ثم يتم التقاطها وتخزينها.

وقال: “بالنسبة لكل جزيء من ثاني أكسيد الكربون، أحصل على جزيء واحد من الميثان، وأحصل على جزيئين من الماء”.

حتى الآن، يعتبر إنتاج الميثان من مصادر الطاقة المتجددة مكلف وغير فعال، ولكن هاريسون قال إنه يأمل في توسيع نطاق المشروع من بضع مئات من الكيلووات إلى 20-50 ميجاوات – وهو ما يكفي لتشغيل بضعة آلاف من المنازل.

وأشار إلى أن محطة فى الدنمارك تعمل على عملية مماثلة.

وقال هاريسون: “لدينا شبكة كبيرة من الغاز الطبيعي يمكن أن تكون بمثابة مخزن موسمي للكهرباء المتجددة التي قد يتم تقليصها”.

وأضاف “هناك مناطق معينة أو بعض البلدان التي تضطر إلى إيقاف توربينات الرياح أو الألواح الشمسية لأنها تنتج الكثير من الطاقة التي لا تتحملها شبكة الكهرباء، ثم أنها لا يمكن أن ترفض محطات الفحم أو المفاعلات النووية. لذلك بدلاً من إضاعة تلك الإلكترونات، يجب إنشاء شيئاً منهم”.

في حين أن ثاني أكسيد الكربون هو الأكثر وفرة من الغازات على الكوكب الذي يعاني من الاحتباس الحراري، الميثان هو نوع آخر يتسبب بذلك.

وهو يشكل نحو 16 في المائة من انبعاثات الكربون في العالم، كما أنه يحصد المزيد من الحرارة في الغلاف الجوي من ثاني أكسيد الكربون. وكثيراً ما يتسرب من الآبار، وخطوط الأنابيب، وصهاريج التخزين، وحرقه يطلق ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى.

واعترف سونغ بأن استخدام غاز واحد من غازات الدفيئة لإنتاج آخر “لا يزال إشكالياً”.

لكنه قال إن الميثان هو أيضاً “مادة أساسية للبدء” لإنتاج مواد كيميائية أخرى مثل الميثانول أو الهيدروجين، وكلاهما يمكن استخدامه في خلايا الوقود لإنتاج الكهرباء.

وقال سونغ “أهم من ذلك كله أن الجمع بين عمليتنا التحفيزية مع المنشآت الصناعية الكبيرة مثل إنتاج الصلب سيكون مفيداً جداً للحد من انبعاث الملوثات ذات الصلة بثاني أكسيد الكربون”.