طور فريق من الباحثين من جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا والمعهد الهندي للتكنولوجيا روبار، محفزًا جديدًا بهدف إحداث نقلة نوعية في إنتاج الأمونيا، الأمر الذي يمثل خطوة هائلة نحو عمليات صناعية أكثر استدامة.
تُعَد الأمونيا مكونًا حيويًا لإنتاج الأسمدة ووقودًا واعدًا خاليًا من الكربون، وقد نشر الباحثون في مركز التحفيز والفصل بجامعة خليفة نتائج البحث الذي توصلوا من خلاله إلى المحفز الجديد في مجلة "إيه سي إس إينرجي ليترز"، والتي تندرج في قائمة أفضل 1% من المجلات العلمية في مجال الطاقة، وتضمنت قائمة الباحثين من جامعة خليفة الذين شاركوا في البحث صفاء جابر والدكتور كايارامكوداث تشاندران رانجيش والدكتور دينيش شيتي، حيث استفادوا من الأطر العضوية التساهمية في جمع تفاعلين كهروكيميائيين بشكل فعّال، ونجحوا في تحطيم أرقام قياسية جديدة فيما يتعلق بالكفاءة والإنتاجية.
تمثل الأمونيا الركيزة الأساسية في مجال الزراعة العصرية، وتُعَد ضرورية لإنتاج الأسمدة التي تدعم بدورها الإنتاج الغذائي العالمي، كما أنها تحظى بإمكانية استخدامها كوقود نظيف، فيما تعاني الطريقة التقليدية المستخدمة حاليًا لإنتاج الأمونيا والمعروفة باسم عملية "هابر بوش"، من عيوب تتمثل في استهلاكها لقدر هائل من الطاقة واستئثارها بنسبة تفوق 2% من انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون سنويًا على مستوى العالم، الأمر الذي شجّع على القيام ببحوث عن بدائل مستدامة وأكثر أمنًا على البيئة، بالتزامن مع بروز الوسائل الكهروكيميائية كحل واعد في هذا الشأن.
وعلى الرغم من اكتشاف تفاعل اختزال النيتروجين، إلا أنه يفرض في حد ذاته تحديات هائلة. وقد حول أفراد الفريق البحثي من جامعة خليفة والمعهد الهندي للتكنولوجيا روبار تركيزهم إلى تفاعل اختزال النترات الذي يمتلك إمكانيات أكبر بسبب قابلية الذوبان بشكل أسهل والتي تتمتع بها أيونات النترات واحتياجه لطاقة أقل لتفكيك الروابط. إضافة لذلك، تُعَد النترات ملوثًا شائعًا في عمليات التصريف الزراعية، ما يعني أن هذه الطريقة توفر فائدة إضافية متمثلة في معالجة التلوث.
طور أعضاء الفريق محفزًا ثنائي الوظيفة يدمج بين تركيبات نانوية من مادة الروثينيوم في إطار عضوي تساهمي، ويسمح هذا التصميم بتحكم دقيق في انتشار النترات والبروتونات، الأمر الذي ينتج عنه تحول النترات إلى أمونيا بدرجة عالية من الانتقائية والكفاءة.
وقد ربط الباحثون أيضًا تفاعل أكسدة الجلوكوز بالتفاعلات الكهروكيميائية التي تحدث في القطب الموجب للعامل المحفز، ليحل محل التفاعل التقليدي المستخدم في توليد الأكسجين، ويتطلب تفاعل أكسدة الجلوكوز طاقة أقل، وهو ما يؤدي إلى الحد بشكل كبير من الاستهلاك الكلي للطاقة الناجم عن عملية تخليق الأمونيا، كما تنتج عن التفاعل منتجات ثانوية يمكن الاستفادة منها كحمضي الغلوكونيك والسكريك، واللذيْن يمكن استخدامهما في صناعات أخرى.
من الجدير بالذكر أن المحفز الجديد قد حقق معدل عائد من الأمونيا أعلى بمرتين ونصف مقارنة بالمحفزات التقليدية، فيما يُعَد خطوة هامة نحو إنتاج مستدام للأمونيا، ويقدم محفز الإطار العضوي التساهمي ثنائي الوظيفة حلًا عمليًا من أجل عمليات صناعية مستدامة وأكثر أمنًا على البيئة، من خلال التصدّي للتحديات المتعلقة بكلٍ من التلوث وكفاءة الطاقة.
سيد صالح
أخصائي ترجمة وتعريب