قفس منیزیوم، تازه‌ترین دستاورد در مهار کربن

مجید جویا: جذب دی‌اکسید کربن، شیمی ساده‌ای دارد. به طوری که، حتی ممکن است شما آن را در آزمایشگاه دوره دبیرستان هم دیده باشید. آبا شما بطری هیدروکسید سدیم یا آب قلیایی را که در آن به سختی بسته شده بود، به خاطر دارید؟ کندن در آن بطری که حاوی یک باز قوی بود و قرارگیری محتوای آن در معرض هوا، به واکنشی شیمیایی منجر می‌شد که در نتیجه آن، CO2 پیرامون بطری توسط محتویات آن جذب می شد، و آب قلیا به کربنات سدیم تبدیل می شد.

بنابراین ممکن است که با تفاسیر فوق، به دام انداختن کربن ساده به نظر برسد. آما آیا میتوان از این آزمایش برای حل مسئله تغییرات جهانی آب وهوا به سادگی استفاده کرد؟

متاسفانه این مسئله به این سادگی‌ها هم نیست، زیرا ثابت شده که استحصال گاز CO2 از مواد مختلفی که در طول سالیان متمادی آن را در خود ذخیره کرده‌اند، امری به شدت انرژی‌بر است. برای مثال استحصال CO2 از کربنات‌ها به گرمایی فراتر از 900 درجه سلسیوس در یک اجاق صنعتی نیاز دارد.

با این حال به گزارش ساینتیفیک امریکن، در 30 نوامبر سال جاری، شیمیدان‌های دانشگاه کالیفرنیا در لوس‌آنجلس (U.C.L.A )، در ژورنال PNAS ، کشف ترکیب جدیدی را گزارش دادند که به عنوان ترکیب Mg-MOF-74  شناخته شده و با به دام انداختن آسان CO2 87 درصد آن را در دمای اتاق آزاد می کند. یکی از شیمیدانان دانشگاه یو‌سی‌ال‌ای، به نام دیوید بریت که نوشتن مقاله مربوط به نتایج این کشف را برعهده داشت، می‌گوید: «اگر ما به دمیدن ادامه دهیم، باز هم مقدار  CO2 بیشتری جذب می‌شود».

این شبکه مولکولی تقریبا می تواند به اندازه 9 درصد وزن خود، دی‌اکسید کربن جذب کند. و با حرارت ملایم در حدود 80 درجه سلسیوس، شما می‌توانید بقیه مقدار ذخیره مطلوب خود را آزاد کنید. بریت می گوید: «Mg-MOF-74 یک توازن عالی بین قدرت جذب قوی و سهولت بازتولید برقرار می کند، امری که نوید بخش کشف یک ماده مناسب برای جذب دی‌اکسید کربن است».

شیمیدانان یو‌سی‌ال‌ای شروع به کاوش در ترکیب Mg-MOF-74  کردهند، (که یک استخوان بندی ترکیب متال ارگانیک دارد که از یونهای منیزم در ساختار خود بهره می‌برد) چرا که آنها می‌دانستند که در هنگام جذب دی‌اکسید کربن، این ترکیب گرمای بسیار کمی را آزاد می کند و این بدان معنی است که برای رها شدن دی‌اکسید کربن نیز گرمای کمی مورد نیاز خواهد بود. به علاوه اینکه منیزیم یک جزء کلیدی آنزیم گیاهی روبیسکو است که اجازه شروع فرایند تبدیل دی‌اکسید کربن به غذا را، به فتوسنتزکننده‌ها می‌دهد. قاعدتا ساختار متال ارگانیک به صورت یک قفس بلوری کار می کند که به گاز مخلوط شده، اجازه شار از طریق خود را داده و به طور انتخابی، دی‌اکسید کربن را به دام می‌اندازد.

روش فوق بسیار مهم است، چرا که نیروگاه‌های برق و دیگر منابع دی‌اکسید کربن، به ندرت یک بخار خالص از گازهای گلخانه‌ای را آزاد می‌کنند. در آزمایش‌هایی که با استفاده از مخلوطی حاوی 20 درصد دی‌اکسید کربن و 80 درصد متان انجام گرفته بود،  Mg-MOF-74  تنها گاز دی‌اکسید کربن را به دام انداخته در حالی که اجازه داده تا گاز متان عبور کند. (امری که هچنین می‌تواند علاقه شدید پالایشگاه‌های گاز طبیعی را به خود جلب کند)

اما بر پایه با اظهارات بریت، این صافی شیمیایی احتمالا هنوز به کمی کار بیشتر نیاز خواهد داشت به خصوص برای مواقعی که این ترکیب در معرض مخلوط دی‌اکسید کربن و بخار آب قرار گیرد. او می‌گوید: «با توجه به امکان تقریبا نامحدود ساختارهای MOF ، ما انتظار داریم که مناسب سازی محیط یون منیزیم برای رفع این مشکل، امکان پذیر باشد».

علاوه بر همه این‌ها، این روش نسبتا ارزان قیمت نیز خواهد بود. بریت می‌گوید: «منیزیم فلزی ارزان قیمت و بسیار در دسترس است و اتصال دهنده آلی در Mg-MOF-74  نیز از نظر تجاری در دسترس است». اگر مناسب بودن این سیستم اثبات شود، و مشکلات کوچک مهندسی آن نیز برطرف شوند، آنگاه حتی می‌توان از این ترکیب به عنوان ابزاری برای جذب مستقیم دی‌اکسید کربن از هوا هم استفاده کرد. به این ترتیب نه تنها این روش کاشفان آن را به کاندیداهای مناسبی برای دریافت جایزه 25 میلیون دلاری Virgin Earth Challenge بدل می‌کند، بلکه شاید بتواند به مقابله با تغییرات آب و هوایی نیز کمک کند.