رخام سائل بخطوط تشير إلى مساره الداخلي التدفق

يتم احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه بشكل عام عندما يتم التقاط الانبعاثات من المصدر ، مثل محطة طاقة تعمل بالفحم، ويتم نقلها بالشاحنات إلى مكان بعيد وتخزينها تحت الأرض.

لكن النقاد يقولون إن الاستثمار في احتجاز الكربون وتخزينه (CCS) يعني الرهان على التكنولوجيا التي لم يثبت نجاحها بعد على نطاق واسع. وفي الواقع، من الناحية التكنولوجية، كان تصميم مواد فعالة لالتقاط الكربون، سواء الصلب أو السائل، مهمة صعبة على مر التاريخ.

هل يمكن أن يكون حلاً قابلاً للتطبيق لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن صناعة الوقود الأحفوري؟

الأبحاث الناشئةالأبحاث الخارجية يُظهر أن "الرخام السائل" - قطرات صغيرة مغلفة بالجسيمات النانوية - يمكن أن تعالج التحديات الحالية في المواد المستخدمة لالتقاط الكربون. وأبحاثنا في مجال النمذجة، والتي نُشرت بالأمس، تقربنا خطوة كبيرة من جعل هذه التكنولوجيا المستقبلية حقيقة واقعة .

مشاكل احتجاز الكربون

بموجب خريطة طريق الاستثمار في التكنولوجيا، تعتبر حكومة موريسون احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه تكنولوجيا منخفضة الانبعاثات ذات أولوية ، و تستثمر 300 مليون دولار أسترالي على مدار عشر سنوات لتطويره.

لكن فعالية احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه كانت موجودة منذ فترة طويلة مثير للجدل بسبب تكاليف التشغيل المرتفعة ومشكلات التوسيع لتطبيق على نطاق أوسع.

هناك مشكلة مستمرة، وبشكل أكثر تحديدًا، هي فعالية المواد المستخدمة في احتجاز ثاني أكسيد الكربون، مثل المواد الماصة. أحد الأمثلة يسمى "تقشير الأمينات"، وهي طريقة مستخدمة منذ عام 1930 لفصل ثاني أكسيد الكربون على سبيل المثال. من الغاز الطبيعي والهيدروجين.

تشمل مشاكل الغسل الأميني تكاليفه المرتفعة والمشكلات المتعلقة بالتآكل خسائر كبيرة في المواد والطاقة. يمكن للرخام السائل التغلب على بعض هذه التحديات.

يمكن أن تكون هذه التقنية غير مرئية تقريبًا بالعين المجردة، حيث يبلغ قطر بعض الكرات الرخامية أقل من 1 ملم. السائل الذي يحمله - وهو الماء أو الكحول في أغلب الأحيان - يكون بمقياس ميكروليتر (الميكرولتر هو جزء من ألف من الملليلتر).

تحتوي الكرات الرخامية على طبقة خارجية من الجسيمات النانوية التي تشكل غلافًا مرنًا ومساميًا، مما يمنع السائل الموجود بداخلها من التسرب. وبفضل هذا الدرع، يمكنها أن تتصرف مثل المواد الصلبة المرنة والقابلة للتمدد واللين، ذات قلب سائل.

ما علاقة الرخام بـ CCS؟< / ع>

تتمتع الكرات الرخامية السائلة بالعديد من القدرات الفريدة: يمكنها أن تطفو، وتتدحرج بسلاسة، ويمكن تكديسها فوق بعضها البعض .

وتشمل الخصائص المرغوبة الأخرى مقاومة التلوث والاحتكاك المنخفض والتلاعب المرن، مما يجعلها جذابة لتطبيقات مثل التقاط الغاز، توصيل الأدوية وحتى كمفاعلات حيوية مصغرة.

في سياق احتجاز ثاني أكسيد الكربون، تعد قدرتها على التفاعل الانتقائي مع الغازات والسوائل والمواد الصلبة أمرًا بالغ الأهمية. الميزة الرئيسية لاستخدام الرخام السائل هو حجمها وشكلها، لأن آلاف الجزيئات الكروية التي يبلغ حجمها ملليمترات فقط يمكن تركيبها مباشرة في المفاعلات الكبيرة.

يصطدم الغاز الناتج من المفاعل بالرخام، حيث يتشبث بالغلاف الخارجي للجسيمات النانوية (فيعملية تسمى "الامتزاز"). يتفاعل الغاز بعد ذلك مع السائل الموجود بداخله، ويفصل ثاني أكسيد الكربون ويحتجزه داخل الرخام. لاحقًا، يمكننا إخراج ثاني أكسيد الكربون هذا وتخزينه تحت الأرض، ثم إعادة تدوير السائل لمعالجته في المستقبل.

يمكن أن تكون هذه العملية طريقة أكثر فعالية من حيث الوقت وفعالة من حيث التكلفة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون بسبب، على سبيل المثال، السائل (و من المحتمل أن تكون صلبة) وإعادة التدوير، بالإضافة إلى القوة الميكانيكية العالية للرخام والتفاعل ومعدلات الامتصاص والثبات على المدى الطويل.

إذن ما الذي يمنعنا؟

على الرغم من التقدم الحديث، إلا أن العديد من خصائص الرخام السائل لا تزال بعيدة المنال. علاوة على ذلك، فإن الطريقة الوحيدة حاليًا لاختبار الرخام السائل هي من خلال التجارب الفيزيائية التي يتم إجراؤها في المختبر.

التجارب الفيزيائية لها حدودها، مثل صعوبة قياس التوتر السطحي ومساحة السطح، وهي مؤشرات مهمة لل تفاعل الرخام وثباته.

وفي هذا السياق، النمذجة الحاسوبيةالجديدة تحسين فهمنا لهذه الخصائص، ويمكن أن تساعد في التغلب على استخدام إجراءات التجربة فقط المكلفة والمستهلكة للوقت.

هناك تحدٍ آخر يتمثل في تطوير أساليب عملية وصارمة وواسعة النطاق لمعالجة صفائف الرخام السائل داخل المفاعل. تهدف النمذجة الحسابية الإضافية التي نعمل عليها حاليًا إلى تحليل التغيرات ثلاثية الأبعاد في أشكال وديناميكيات الرخام السائل، مع توفير راحة ودقة أفضل.

سيفتح هذا آفاقًا جديدة لعدد لا يحصى من التطبيقات الهندسية، بما في ذلك احتجاز ثاني أكسيد الكربون.

ما هو أبعد من احتجاز الكربون

بدأت الأبحاث حول الرخام السائل كمجرد موضوع فضولي منذ حوالي 20 عامًا، ومنذ ذلك الحين، جعلته الأبحاث المستمرة منصة مطلوبة مع تطبيقات تتجاوز احتجاز الكربون.

لا يمكن لهذه التكنولوجيا المتطورة أن تغير الطريقة التي نحل بها مشاكل المناخ فحسب، بل المشاكل البيئية والطبية أيضًا.

على سبيل المثال، أظهر الرخام السائل المغناطيسي إمكاناته فيالإجراءات الطبية الحيوية، مثل توصيل الدواء، نظرًا لقدرتها على الفتح والإغلاق باستخدام مغناطيس خارج الجسم. وتشمل التطبيقات الأخرى للرخام السائل استشعار الغاز، واستشعار الحموضة، والكشف عن التلوث.

مع المزيد من النماذج والتجارب، ستكون الخطوة المنطقية التالية هي توسيع نطاق هذه التكنولوجيا للاستخدام السائد.

المحادثة، 8 ديسمبر

المؤلفون