تُسهّل هذه التقنية الجديدة الرائعة استخدام الطعم الحامض. googletag.cmd.push(function(){googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′);});
يقوم المهندسون في جامعة رايس بتحويل أول أكسيد الكربون مباشرة إلى حمض الأسيتيك (مادة كيميائية شائعة الاستخدام تعطي الخل طعمًا قويًا) من خلال مفاعل تحفيزي مستمر، والذي يمكنه استخدام الكهرباء المتجددة بكفاءة لإنتاج منتجات عالية النقاء.
نجحت العملية الكهروكيميائية التي طُورت في مختبر مهندسي الكيمياء والبيولوجيا الجزيئية في كلية براون للهندسة بجامعة رايس في حل مشكلة المحاولات السابقة لاختزال أول أكسيد الكربون (CO) إلى حمض الأسيتيك. تتطلب هذه العمليات خطوات إضافية لتنقية المنتج.
يستخدم المفاعل الصديق للبيئة النحاس المكعب النانوي كعامل حفاز رئيسي وإلكتروليت صلب فريد من نوعه.
خلال 150 ساعة من التشغيل المتواصل في المختبر، بلغت نسبة حمض الخليك في المحلول المائي الناتج عن هذا الجهاز 2%. وتصل نقاوة الحمض إلى 98%، وهي نسبة أعلى بكثير من نقاوة الحمض الناتج عن المحاولات السابقة لتحويل أول أكسيد الكربون إلى وقود سائل باستخدام الحفز.
يُستخدم حمض الأسيتيك كمادة حافظة في التطبيقات الطبية، إلى جانب الخل والأطعمة الأخرى. كما يُستخدم كمذيب للأحبار والدهانات والطلاءات؛ وفي إنتاج أسيتات الفينيل، التي تُعدّ المادة الأولية للغراء الأبيض العادي.
تعتمد عملية رايس على مفاعل في مختبر وانغ، وتنتج حمض الفورميك من ثاني أكسيد الكربون (CO2). وقد أرست هذه الأبحاث أساسًا هامًا لوانغ (الذي عُيّن مؤخرًا زميلًا في مؤسسة باكارد)، والذي حصل على منحة قدرها مليوني دولار من المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) لمواصلة استكشاف طرق تحويل غازات الاحتباس الحراري إلى وقود سائل.
قال وانغ: "نعمل على تطوير منتجاتنا من حمض الفورميك، وهو مادة كيميائية أحادية الكربون، إلى مادة كيميائية ثنائية الكربون، وهو أمر أكثر صعوبة". وأضاف: "يُنتج حمض الأسيتيك تقليديًا في محاليل إلكتروليتية سائلة، لكن أداءه لا يزال ضعيفًا، كما أن المنتجات تعاني من مشكلة انفصال الإلكتروليت".
وأضاف سينفتل: "بالطبع، لا يُصنع حمض الأسيتيك عادةً من أول أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون". "هذه هي الفكرة: نحن نمتص الغازات العادمة التي نريد تقليلها ونحولها إلى منتجات مفيدة".
أُجريت عملية ربط دقيقة بين محفز النحاس والإلكتروليت الصلب، ثم نُقل الإلكتروليت الصلب من مفاعل حمض الفورميك. قال وانغ: "أحيانًا يُنتج النحاس مواد كيميائية عبر مسارين مختلفين". "يُمكنه اختزال أول أكسيد الكربون إلى حمض الخليك والكحول. صممنا مكعبًا بوجه يُتحكم في تفاعل الكربون-كربون، وتؤدي حواف هذا التفاعل إلى إنتاج حمض الخليك بدلًا من المنتجات الأخرى."
ساعد النموذج الحسابي الذي طوره سينفتل وفريقه في تحسين شكل المكعب. وقال: "نستطيع إظهار نوع الحواف على المكعب، وهي في الأساس أسطح أكثر تموجًا. تساعد هذه الحواف في كسر روابط CO معينة، مما يسمح بمعالجة المنتج بطريقة أو بأخرى. فوجود المزيد من مواقع الحواف يساعد في كسر الرابطة المناسبة في الوقت المناسب."
قال سينفتلر إن المشروع يُعدّ مثالاً جيداً على كيفية ربط النظرية بالتجربة. وأضاف: "من دمج المكونات في المفاعل إلى الآلية على المستوى الذري، يُعدّ هذا المشروع مثالاً جيداً على مستويات هندسية متعددة". "إنه يتماشى مع موضوع تكنولوجيا النانو الجزيئية، ويُظهر كيف يُمكننا توسيع نطاقها لتشمل أجهزة واقعية".
وقال وانغ إن الخطوة التالية في تطوير نظام قابل للتطوير هي تحسين استقرار النظام وتقليل الطاقة المطلوبة للعملية بشكل أكبر.
طلاب الدراسات العليا في جامعة رايس، تشو بنغ، وليو تشونيان، وشيا تشوان، وج. إيفانز أتويل-ويلش، الباحث ما بعد الدكتوراه، هو الشخص الرئيسي المسؤول عن هذه الورقة البحثية.
يمكنكم الاطمئنان إلى أن فريق التحرير لدينا سيتابع عن كثب جميع التعليقات الواردة وسيتخذ الإجراء المناسب. رأيكم يهمنا للغاية.
يُستخدم عنوان بريدك الإلكتروني فقط لإعلام المُستلم بهوية المُرسِل. ولن يُستخدم عنوانك أو عنوان المُستلم لأي غرض آخر. ستظهر المعلومات التي تُدخلها في بريدك الإلكتروني، ولكن موقع Phys.org لن يحتفظ بها بأي شكل من الأشكال.
نرسل تحديثات أسبوعية و/أو يومية إلى بريدك الإلكتروني. يمكنك إلغاء الاشتراك في أي وقت، ولن نشارك بياناتك مع أي جهة خارجية.
يستخدم هذا الموقع ملفات تعريف الارتباط لتسهيل التصفح، وتحليل استخدامك لخدماتنا، وتوفير محتوى من جهات خارجية. باستخدامك موقعنا، فإنك تؤكد أنك قد قرأت وفهمت سياسة الخصوصية وشروط الاستخدام الخاصة بنا.