مقاله ای از حمید رقمی/ روش جدیدِ جذب مستقیمCO₂ از فضا/ وقتی ضایعات موادغذایی به وسیله‌‌ای برای جذب CO₂ تبدیل می‌شوند!

بسپار/ایران پلیمر

قبل از ورود به مبحث اصلی لازم می دانم به یک موضوع مهم اشاره کنم: نگارنده (حمید رقمی) بیش از 20 سال است که- بطور مستمر- و با بیش از 400 (چهارصد) عنوان پست، دیدگاه‌ های خود؛ مطالب؛ مباحث و ترند های علمی روز به ویژه در ارتباط با شیمی و رنگ را- عمدتاً از منابع آلمانی- در وبلاگ خود، ” وبلاگ علوم و تکنولوژی رنگ ” منتشر کرده است. نامبرده از ایام پس از جنگ 40 روزه که اینترنت بین الملل (کم و بیش) مجدداً قابل استفاده گردید، نیز سعی بر آن داشت که طبق روال گذشته، وبلاگ خود را-در سایت بلاگفا- به روز رسانی نماید. این سعی و تلاش ولی(عملاً) نا موفق از آب درآمد، چون
«بلاگفا» همچنان باز نمی شد (و نمی شود)! چه باید می‌کردم ؟؟ راه ها و گزینه های مختلف و متعددی را بررسی کردم: از یک سایت “وبلاگ دهنده آلمانی” تا برخی از وبلاگ های ایرانی؛ از یک وبلاگ در سایت گوگل تا تهیه مطالب و ارسال آن در فایل (PDF) از طریق ایمیل برای علاقمندان و مطالعه کنندگان مطالب اینجانب در بلاگفا و … . و (بالاخره) نشر دیدگاه ها و مقالات خود – موقتاً تا باز شدن مجدد سایت بلاگفا- در سایت “ایران پلیمر”، البته مشروط به موافقت مدیر مسئول سایت ایران پلیمر با این گزینه. در یک مذاکره (تلفنی) با سرکار خانم مهندس علیزادمنیر، مدیر مسئول مجلات بسپار و سایت ایران پلیمر و درخواست مشورت با ایشان. نامبرده نظرات خود را بیان نموده و نهایتاً (و با گشاده رویی) با پیشنهاد انتشار مقالات اینجانب در سایت ایران پلیمرموافقت فرمودند. با سپاس فراوان از سرکار خانم مهندس علیزاد منیر/ حمید رقمی
توجه: قدردانی از مدیریت محترم بلاگفا

وقتی ضایعات  موادغذایی به  وسیله‌‌ای  برای جذبCO₂  تبدیل می‌شوند!

حذف ( یا کاهش) گاز کربن‌دی‌اکسید( CO₂ )از جو، یک مسیر مهم در مبارزه با تغییرات اقلیمی محسوب می‌شود. اما این پروسه تا هم اکنون بسیار انرژی‌بر و گران بوده است.  در حال حاضر (ولی) محققانِ دست اندر کار این “معضل”، فرایندی جدید را – با راندمان خوب- عملی کرده‌اند که کربن دی‌اکسید  را (بطور کارآمد) جذب کرده و  با استفاده از انرژی کم دوباره  آن را آزاد می‌کند. ماده اولیه برای این روش، ضایعات تولید پنیر و “توفو”* است.

* “توفو”: توفو (tofu )  یا «پنیر سویا»  محصولی ست که از فرایند بستن شیر سویا به دست می‌آید. این شیردَ لَمه بسته) را با فشار به قالب‌های سفید نرم تبدیل می‌کنند. خاستگاه  توفو چین است و امروزه بخشی از آشپزی کشورهای آسیای جنوب شرقی، همچون چین،  ژاپن، کره، اندونزی،  ویتنام  و دیگر کشورها را تشکیل می‌دهد.

*منبع : tofu (engl.), Tofu (deutsch), Wikipedia

گرمایش جهانی و گازهای گلخانه‌ای

برای تثبیت گرمایش جهانی ( زیر ۱.۵ درجه سلسیوس)در درازمدت، علاوه بر کاهش شدید انتشار گازهای گلخانه‌ای، به فناوری‌هایی برای حذف و ذخیره صدها میلیارد تن کربن‌دی‌اکسید (CO2)  از جَو نیاز است.  سناریوهای مختلفِ موجود برای این کار، در آخرین گزارش ارزیابی کمیته  بین دولتی «تغییرات اقلیمی» (IPCC) ، بررسی می‌شود.

(  IPCC = Intergovernmental Panel on Climate Change )

Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen ( کمیته بین دولتی برای تغییرات اقلیمی)

گروه‌های تحقیقاتی و استارت آپ‌های متعددی سال‌هاست که روی روش‌هایی برای حذف مستقیم CO2 از هوا  با فرایندهای موسوم به « جذب مستقیم هوا » (DAC) (Direct Air Capture)  کار می‌کنند.

شرکت Climeworks که در سال ۲۰۰۹ به عنوان زیرمجموعه‌ای از ETH ^* ( زوریخ ) تأسیس شد، یکی از اولین های ارائه‌دهنده  DAC  (  Direct Air Capture ) (تجاری) در جهان است. با این حال ولی تا به امروز، حذف مستقیم CO2 از هوا همچنان انرژی‌بر و گران است.

ETH ^* دانشگاه فنی فدرال زوریخ (Federal Institute of Technology Zurich)

پروتئین‌های کُروی متخلخل،  دی‌اکسید کربن را  جذب می‌کنند

در مقاله‌ای که به تازگی در مجله تخصصی  PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences )  منتشر شده است، محققان رویکرد جدید( و بِکری ) را برایDAC  (Direct Air Capture )  ارائه می‌دهند. گروهی به سرپرستی  محقق مواد، رافائل مزنگا (Raffaele Mezzenga ) استاد  گروه علوم و فناوری بهداشت در ETH زوریخ،  استفاده  از آب پنیر و بقایای تولید توفو برای جذب CO2  را  در دستور کار قرار داده است.

همزمان با تولید شیر و توفو، مقادیر زیادی محلول غنی از پروتئین تولید می‌شود. از این میزان تنها بخش کوچکی در تولید مواد غذایی استفاده می‌شود و  بقیه به عنوان « پسماند»  باقی می‌ماند. محققان پروتئین‌ها را از این « پسماند»ها جدا کرده و از آنها برای (ایجاد )زنجیره‌های بلند و نازکی  به نام « فیبریل‌های آمیلوئید » استفاده می‌کنند. سپس این فیبریل‌ها را با هیدروکسید پتاسیم ( KOH) می‌پوشانند و آنها را به کُره‌هایی با قطر نیم سانتی‌متر تا یک سانتی‌متر تبدیل می‌کنند. مزنگا (Mezzenga ) توضیح می‌دهد: “ماده حاصل، مانند اسفنجی است که می‌تواند مقدار زیادی CO2 را از طریق پتاسیم  هیدروکسید جذب کند.”

وقتی پروتئین‌های کُروی متخلخل در معرض هوای محیط قرار می‌گیرند، هیدروکسید پتاسیم با CO₂ واکنش کرده  و “پتاسیم بی‌کربنات” ( صحیح : پتاسیم هیدروژن کربنات) ، ایجاد می‌شود.. در این فرایند CO₂  از هوا جذب  می‌گردد.

ژو دونگ (Zhou Dong )، محقق فوق دکترا در گروه مزنگا (Mezzenga ) و نویسنده (اول) این مقاله،  توضیح می‌دهد:

” ما در آزمایش‌های خود با هوای محیط، توانستیم ۹۷ میلی‌گرم CO₂ را از یک گرم ماده موسوم به « پروتئین‌های کُروی  کوچک متخلخل» حذف کنیم. این مقدار بسیار زیاد است و ۱۰ تا ۵۰ درصد بیشتر از ظرفیت روش‌های متداول DAC  است. دونگ تخمین می‌زند که به لحاظ تئوری، حدود ۱۰۰ گرم CO₂  در هر چرخه فرایند از یک کیلوگرم “پروتئین‌های کُروی” جدا می‌شود.

روش هایی برای « اقتصاد چرخشی »

فرایندهای متداول DAC معمولاً از گرما و فشارِ کاهش‌یافته برای جدا کردن دی‌اکسید کربن از ماده جاذب استفاده می‌کنند. این فرایند  برای ذخیره بعدی CO2 و پردازش آن به مواد دیگر و در نتیجه حذف آن از جو در درازمدت ضروری است. حال و نظر به اینکه  این فرایند به انرژی  زیادی نیاز دارد، لذا روشDAC   فقط زمانی که انرژی تجدیدپذیر فراوان در دسترس باشد، (از نظر انرژی و اقتصادی) مقرون به صرفه خواهد بود.

مزنگا (Mezzenga ) و تیمش برای  مطالعه  بیشتر  روی ” پروژه در دست بررسی”، رویکرد متفاوتی را در پیش گرفتند:

تیم مذکور برای جدا کردن دی‌اکسید کربن از پروتئین‌های کروی، آنها را به طور متناوب با یک اسید و باز ملایم به مدت حدود ده دقیقه در دمای اتاق اسپری می‌کنند.  با این کار پیوندهای شیمیایی ( به نوعی) “مختل” شده و امکان جداسازی  CO2   فراهم می‌گردد. سپس اسید، باز و کُره‌ها ( پروتئین‌های کروی) – آزاد شده – می‌توانند دوباره مورد استفاده قرار گیرند. ژو دونگ (Zhou Dong ) توضیح می‌دهد: ” مواد مصنوعی که در حال حاضر برای جذب CO2 استفاده می‌شوند به سرعت تجزیه می‌شوند و پروتئین‌های کُروی ما برای مدت طولانی‌تری پایدار می‌مانند.”

گروه محققان 30 چرخه جذب و آزادسازی CO2 را در آزمایشگاه بدون هیچ گونه افت قابل توجهی در راندمان،  آزمایش کردند. مزنگا (Mezzenga ) معتقد است که ” این ماده  پس از چند هزار چرخه  نیاز به تعویض دارد زیرا ظرفیت جذب کاهش می‌یابد” وی همچنین توضیح می‌دهد که “« پروتئین‌‌های کُروی» می‌توانند به عنوان کود درکشاورزی استفاده گردیده  و یا به سوخت زیستی تبدیل شوند. این‌ها  کاملاً  از مواد آلی تشکیل شده‌  و به راحتی « زیست تخریب‌پذیر » هستند و لذا این فرایند می تواند به عنوان « بخشی از یک اقتصاد چرخشی » مورد توجه قرار گیرد.”

مزنگا  (Mezzenga  )همچنین تأکید  می‌کندکه :”موادی که ما در این فرایند استفاده می‌کنیم غیرسمی هستند و برای تماس با مواد غذایی تأیید شده‌اند..»ضمناً  تجزیه و تحلیل چرخه عمر، نشان می‌دهد که روش آنها در (کل) چرخه عمر خود نسبت به سایر روش‌های DAC تأثیر زیست‌محیطی کمتری دارد.”

احتمالاً مناسب تر از سایر روش ها !

اینکه آیا این فناوری می‌تواند برای استفاده عملی مقیاس‌پذیر باشد و اینکه آیا ظرفیت جذب بالای CO2 در مقیاس بزرگتر حفظ می‌شود یا خیر، تنها در آزمایش‌های بیشتر مشخص خواهد شد. برای مطالعه‌ای که اخیراً منتشر شده است، محققان این فرایند را در یک محیط آزمایشگاهی کنترل‌شده با چند گرم  پروتئین های کُروی  آزمایش کردند و در نتیجه تقریباً 50 گرم CO2 را به هم متصل و ایزوله کردند.

مزنگا (Mezzenga ) با اطمینان می‌گویدکه ” او تقریباً 20 سال است که با فیبریل‌های آمیلوئید کار می‌کند و با این ماده آشناست. در گذشته، او از آن برای توسعه جایگزین‌های زیست‌تخریب‌پذیر برای پلاستیک‌ها و روش‌هایی برای تصفیه آب استفاده کرده است. او همچنین می‌گویدکه: ” ما متقاعد شده‌ایم که این فناوری را می‌توان در مقیاس بزرگ تولید کرد.”

اگرچه پژوهش‌گران مرتبط  هنوز هزینه دقیق هر تن CO2 جذب شده را محاسبه نکرده‌اند،

مزنگا (ولی) فرض می‌کند که ” این هزینه به طور قابل توجهی کمتر از DAC معمولی خواهد بود، زیرا از فناوری ارزان‌تر و پایدارتر استفاده می‌کند و لذا به انرژی کمی نیاز دارد و مهم‌تر اینکه، بر پایه یک محصول( نسبتاً )بی‌مصرف بنا گردیده که به میزان فراوان در دسترس است و این امر می‌تواند یک تغییر دهنده بازی  برای حذف CO2 (در آینده) از هوا باشد..”

منبع : chemie.de – Das Chemie Fachportal vom Labor bis zum Prozess