حصل باحثون من مركز التحفيز والفصل في جامعة خليفة على براءتي اختراع عن مشروعهم البحثي المتمركز حول أثر المجالات المغناطيسية في فصل مخاليط الغازات ورصدها.

تُستخدم عملية فصل الغاز في العديد من التخصصات والصناعات وتتنوع استخداماتها ما بين تنقية الغاز الطبيعي وإزالة ثاني أكسيد الكربون من جهة، وإنتاج الأكسجين لأغراض الاستخدام الطبي والنيتروجين لإنتاج المواد الكيميائية الأولية. وتوجد العديد من الطرق لفصل الغاز عن المخاليط الغازية منها، الامتصاص والتقطير والفصل بالأغشية.

وفي هذا الإطار، قام الدكتور جورجيوس كارانيكولوس، الأستاذ المشارك في الهندسة الكيميائية في جامعة خليفة، بتطوير طريقة جديدة لفصل الغاز من خلال الاستعانة بالمجالات المغناطيسية وتكنولوجيا أخرى حديثة لقياس درجة امتصاص الغاز والكشف عن الشوائب فيه. وقد تم البدء في هذا البحث بالتعاون مع شركة بترول أبوظبي الوطنية "أدنوك" واستكماله تحت مظلة مركز التحفيز والفصل في جامعة خليفة بالتعاون مع مركز ديموكريتوس للبحوث الوطنية في اليونان.

الامتصاص المغناطيسي المتذبذب في معالجة الغاز الصناعي

قال الدكتور جورجيوس: "تتحكم التذبذبات بعملية الامتصاص في معظم الأحيان، وتشمل هذه التذبذبات درجات الحرارة والضغط أو كليهما. ويرتكز التذبذب في تكنولوجيتنا على المجال المغناطيسي من خلال تفعيله وإيقافه ليتم امتصاص الغاز  أو عدم امتصاصه دون تغيير درجات الحرارة أو الضغط، وهي طريقة جديدة وفريدة من نوعها في هذا المجال".

ومن الأمثلة على تطبيقات فصل الغاز إزالة ثاني أكسيد الكربون الناتج عن مخاليط غاز إعادة تشكيل الميثان وإزالة ثاني أكسيد الكربون الناتج في الخطوة النهائية من عمليات إنتاج الهيدروجين على نطاق تجاري واسع واللازم في إنتاج الأمونيا. إضافة لذلك، يتم تطبيق عمليات فصل الهواء لأغراض إنتاج الأكسجين النقي، بينما تُطبق تكنولوجيات الفصل في محطات تكرير النفط ومعالجة الغاز بهدف تجزئة الهيدروكربون وإزالة كبريتيد الهيدروجين التي تعتبر مادة سامة ناتجة عن عمليات التكرير.

وتتطلب عمليات فصل الغاز توفير درجات حرارة مرتفعة من شأنها أن تساهم في إعادة إنتاج المواد الماصة التي تعتمد على الحرارة وضخ السوائل بين نقاط الامتصاص ومعالجة المواد الثانوية الناتجة ومعالجة مشاكل تسرب المواد الماصة وتعويض المواد الماصة المفقودة. وتعتبر هذه العمليات مستهلكة للطاقة بشكل كبير، كما أنها تزيد من تكاليف عمليات فصل الغاز. لذلك، تعد عمليات فصل الغاز بمتطلبات طاقة منخفضة وتكاليف أقل تقدمًا كبيرًا وهامًا في هذا المجال.

وأضاف الدكتور جورجيوس: "تتطلب عمليات  فصل الغاز التقليدية كميات كبيرة جدًا من الطاقة، بينما تستهلك عملية الامتصاص المغناطيسي مقدار طاقة أقل بكثير خاصة إذا تمت عملية الفصل المغناطيسي بمجمِّعات مغناطيسية دائمة التي تساهم في تشغيل المجال المغناطيسي أو إيقافه من خلال إضافتها أو إزالتها بشكل ميكانيكي من خلية الامتصاص".

وقام الباحثون من خلال هذه الطريقة بتعريض خليط من الغاز  لمجال مغناطيسي وسائل سريع التجاوب، حيث تم امتصاص أحد هذه الغازات من قبل المادة السائلة ليتم فصل الغاز  بشكل فعال. وبعد ذلك، يمكن إيقاف المجال المغناطيسي لتحرير الغاز  الذي تم امتصاصه والغاز الذي لم يتم امتصاصه يُطرح خارج النظام.

تحديد الآلية المغناطيسية لعملية الفصل ومستشعرات الغاز الذكية

تم تكريم الدكتور جورجيوس بمنحه براءة اختراع عن مشروعه البحثي في مجال مستشعرات الغاز الذكية للكشف عن الشوائب وتحليل مخاليط الغازات. وتساهم تكنولوجية الدكتور جورجيوس في توفير طريقة سهلة لقياس عمليات فصل الغاز.

وفي هذا الصدد، قال الدكتور جورجيوس: "يُستخدم جهاز قياس الوزن الدقيق بشكل شائع في مجال قياس كمية الغاز الذي يتم امتصاصه في المواد الماصة، لكن يوفر ابتكارنا خاصية استشعار وقياس كمية الغاز بتكلفة اقتصادية منخفضة باستخدام جهاز قياس وزن دقيق ومعدَّل يتميز بإمكانية التحكم بالمجال المغناطيسي الذي يتيح قياس معدل الغازات التي يتم امتصاصها بشكل فوري وبالتالي إمكانية حساب المواد الماصة بشكل دقيق".

يذكر أن هذا الجهاز المستشعر الجديد يتميز بتكلفة اقتصادية منخفضة ويمكن أن يحل محل التقنيات التقليدية نظرًا لسرعته وسهولة مواصلة رصد تركيز الغاز، كما يعتبر الجهاز حلًا يمكن تطبيقه بخطوة واحدة لتحليل الغاز وقياس مدى حساسية الغازات في خليط.