دراسة حديثة تجيب.. هل يستطيع الطين امتصاص ثاني أكسيد الكربون؟

استخدم فريق من العلماء النمذجة الحاسوبية -إضافة إلى بعض التجارب المعملية- لدراسة إمكانية التخلص من ثاني أكسيد الكربون عبر نوع من الطين يمكنه امتصاص هذا الغاز وتخزينه. ونشرت الدراسة في دورية “ذا جورنال أوف فيزيكال كيمستري ليترز” (The Journal of Physical Chemistry Letters) في التاسع من فبراير/شباط الجاري.

ويبلغ مستوى ثاني أكسيد الكربون -وهو أحد الغازات المسؤولة عن الاحتباس الحراري- في الغلاف الجوي ضعف ما كان عليه قبل الثورة الصناعية، وذلك رغم أنه لا يشكل سوى 0.0415% من الهواء الذي نتنفسه.

ولذا يحاول العلماء في مختبرات “سانديا” الوطنية في الولايات المتحدة إيجاد طرق بديلة للتخلص من ثاني أكسيد الكربون، ومن بينها استخدام الطين؛ إذ يشير المشرف على الدراسة توان هو -في البيان الصحفي الذي نشرته مختبرات “سانديا”- إلى أن “هذا المشروع قد يسمح بتقليل تكلفة التقاط الكربون من الهواء بشكل كبير لو تمكنا من تحويله إلى تقنية”.

أهمية احتجاز الكربون؟

احتجاز الكربون وعزله يتم عبر التقاط غاز ثاني أكسيد الكربون الزائد من الغلاف الجوي وتخزينه في أعماق الأرض بهدف الحد من تغير المناخ الذي يتسبب في زيادة العواصف الشديدة وارتفاع مستويات سطح البحر وزيادة حالات الجفاف وحرائق الغابات.

ويمكن التقاط ثاني أكسيد الكربون من محطات توليد الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري، أو غيرها من المرافق الصناعية مثل أفران الإسمنت، أو مباشرة من الهواء؛ وهو الأمر الأكثر صعوبة من الناحية التقنية.

وتشير سوزان ريمبي -المهندسة البيولوجية المشاركة في الدراسة- إلى أن البشر ينشدون بشكل عام “الحصول على طاقة منخفضة التكلفة من دون الإضرار بالبيئة، ولكن حتى وإن تمكنا من العيش بطريقة لا تنتج الكثير من ثاني أكسيد الكربون فلا يمكننا التحكم في سلوك جيراننا حيال الأمر ذاته”.

وتضيف أن “التقاط الكربون من الهواء يعد أمرا مهما لتقليل كمية ثاني أكسيد الكربون في الهواء وتخفيف انبعاثاته”.

خصائص مغايرة للطين

وحاول العلماء بحث إمكانية تصميم أجهزة تعتمد على الطين حتى يمكنها العمل كإسفنجة لامتصاص ثاني أكسيد الكربون، ومن ثم ضخه مرة أخرى في أعماق الأرض.

فبالإضافة إلى كونه رخيصا وواسع الانتشار، فإن الطين مستقر كيميائيا وله مساحة سطح كبيرة. كما يتكون من جزيئات مجهرية تحتوي بدورها على أخاديد وشقوق أصغر بنحو 100 ألف مرة من قطر شعرة الإنسان؛ إذ تسهم هذه التراكيب الدقيقة -المعروفة باسم المسامات النانوية- في تغيير الخصائص الكيميائية للطين.

والجدير بالذكر أن علماء مختبرات “سانديا” الوطنية تمكنوا من قبل من تصميم عامل حفز بيولوجي -مستوحى من الكربون- يمكنه تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى بيكربونات مستقرة في الماء. وتم تصميمه في البداية للاستفادة منه في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري أو غيرها من المنشآت الصناعية.

وتشير ريمبي إلى أن “هذين حلان (تعني الدراسة الحالية والسابقة) متكاملان وممكنان للمشكلة نفسها”.

امتصاص أكبر

تعمل برامج النمذجة الحاسوبية على محاكاة حركة وتفاعلات الجزيئات عند المستوى النانوي؛ إذ إن معرفة ديناميكية هذه التفاعلات تساعد العلماء على حساب مدى استقرار الجزيء في البيئات المعينة؛ كما هي الحال في الطين النانوي المشبع بالماء.

ويشير توان هو إلى أن “المحاكاة باستخدام النمذجة الحاسوبية ساعدتنا في أن نفهم ما يحدث بين ثاني أكسيد الكربون والماء والطين؛ مما يساعد على هندسة مادة طينية يمكنها احتجاز الكربون”.

وأظهرت نتائج الفريق أن ثاني أكسيد الكربون كان أكثر استقرارا في المسام الطينية الرطبة النانوية عنه في الماء فقط، كما أفادت التجارب المعملية -التي أجراها الفريق بالتعاون مع علماء جامعة بوردو الأميركية- بأن المياه الموجودة في الطين النانوي تمتص ثاني أكسيد الكربون أكثر من الماء العادي.

كما وجد الفريق أن المناطق التي تشبه في خواصها خواص الزيت في المسام النانوية للطين يمكنها تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الكربونيك، مستهلكة طاقة أقل مقارنة بما يحدث في الماء فقط؛ الأمر الذي يجعل التفاعل أكثر مواءمة ويزيد احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه والتقاطه بسهولة أكبر.