اولین راکتور جهان برای بازیافت کربن از آب دریا / فناوری نوین چین برای مبارزه با تغییرات اقلیمی

به گزارش تجارت نیوز، اقیانوس‌ها، بزرگ‌ترین ذخایر طبیعی کربن در زمین، سال‌هاست که به‌عنوان «ریه‌های آبی سیاره» شناخته می‌شوند. با این حال، تاکنون بیشتر توجه دانشمندان به جذب و ذخیره‌ی دی‌اکسید کربن (CO₂) در خشکی معطوف بوده است. اکنون، در یک پیشرفت علمی شگفت‌انگیز، پژوهشگران چینی موفق شده‌اند نخستین راکتور جهان را طراحی کنند که می‌تواند دی اکسید کربن محلول در آب دریا را استخراج کرده و آن را به مواد اولیه برای ساخت پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر تبدیل کند. این دستاورد که در مجله معتبر Nature Catalysis منتشر شده، می‌تواند نقطه‌عطفی در مسیر بازیافت کربن اقیانوسی و توسعه اقتصاد چرخشی باشد.

پیشرفتی که علم و دریا را به هم پیوند می‌دهد

تیمی از محققان به سرپرستی گائو شیانگ (GAO Xiang) از «موسسه فناوری پیشرفته شنژن» و شیا چوان (XIA Chuan) از «دانشگاه علوم و فناوری الکترونیک چین»، سیستمی را طراحی کرده‌اند که به طور مستقیم از آب دریا، دی‌اکسید کربن استخراج می‌کند و آن را به ماده‌ای به نام اسید سوکسینیک (Succinic acid) تبدیل می‌کند. این ماده یکی از ترکیبات کلیدی برای تولید بیوپلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر مانند پلی‌بوتیلن سوکسینات (PBS) است.

این نخستین بار در جهان است که دانشمندان توانسته‌اند یک چرخه‌ کامل از جذب دی اکسید کربن تا تولید یک ماده اولیه‌ی شیمیایی قابل استفاده را در یک سیستم بسته به نمایش بگذارند.

چگونگی عملکرد راکتور: از آب دریا تا پلاستیک سبز

راز موفقیت این فناوری در ترکیب دو فرآیند متفاوت، یعنی الکتروشیمی و تخمیر میکروبی نهفته است. در این سیستم نوآورانه، آب دریا ابتدا وارد یک راکتور الکتروشیمیایی پنج‌محفظه‌ای می‌شود که طراحی ویژه‌ای دارد. در این بخش، میدان الکتریکی موجب تجزیه آب می‌گردد. پروتون‌های آزادشده از این واکنش باعث اسیدی شدن یک محفظه خاص می‌شوند و در نتیجه، کربنات‌های محلول به گاز CO₂ تبدیل می‌گردند. سپس، این گاز از طریق غشای فیبر توخالی جدا و به یک راکتور دوم فرستاده می‌شود. در این مرحله، یک کاتالیزور مبتنی بر بیسموت (Bismuth) که به‌طور اختصاصی طراحی شده، وظیفه دارد دی اکسید کربن را به اسید فرمیک (Formic acid) تبدیل کند.

در گام بعد، یک سویه‌ی مهندسی‌شده از باکتری دریایی Vibrio natriegens وارد عمل می‌شود تا اسید فرمیک را از طریق فرآیند تخمیر زیستی به اسید سوکسینیک تبدیل کند. این اسید، پیش‌ساز اصلی پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر است که در صنایع بسته‌بندی، خودروسازی و پزشکی کاربردهای گسترده‌ای دارد.

کارایی بالا و هزینه رقابتی

این سیستم توانست در یک آزمایش پیوسته، به مدت بیش از ۵۳۰ ساعت، به‌طور مداوم از آب دریای طبیعی جمع‌آوری‌شده از خلیج شنژن چین، دی‌اکسید کربن استخراج کند. راندمان جذب کربن در این فرآیند به ۷۰ درصد رسید که عددی بسیار چشمگیر در حوزه جذب مستقیم دی اکسید کربن از اقیانوس‌ها به‌شمار می‌رود.

از منظر اقتصادی نیز، هزینه‌ی تخمینی این فناوری تنها ۲۳۰ دلار برای هر تن دی اکسید کربن است. رقمی که با بهترین فناوری‌های جذب کربن موجود در بازار رقابت می‌کند. به بیان دیگر، این سیستم نه تنها از نظر علمی نوآورانه است، بلکه از نظر اقتصادی و صنعتی نیز قابلیت تجاری‌سازی دارد.

از دریاهای آبی تا پلاستیک‌های سبز

به گفته‌ی شیانگ چنگ‌شیانگ، استاد علوم مواد در «موسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech)» که در این پروژه دخالتی نداشته است، این نخستین نمونه‌ی واقعی است که در آن، دی‌اکسید کربن محلول در اقیانوس به ماده‌ی اولیه‌ای تبدیل می‌شود که می‌تواند در تولید بیوپلاستیک‌ها استفاده شود. نکته‌ی مهم اینجاست که این تبدیل نه‌تنها از نظر پایداری بلکه از نظر صرفه‌ی اقتصادی نیز چشمگیر است.

وی افزود که ماهیت مدولار سیستم به آن اجازه می‌دهد تا به‌راحتی برای تولید سایر مواد شیمیایی مفید نیز تنظیم شود؛ موادی مانند اسید لاکتیک، آلانین و ۱,۴-بوتاندیول که در صنایع داروسازی و نساجی کاربرد دارند. این ویژگی می‌تواند سیستم را به یک پلتفرم انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر برای تبدیل کربن اقیانوسی به مواد صنعتی آماده بازار تبدیل کند.

تغییر پارادایم در مدیریت کربن جهانی

اهمیت این دستاورد تنها در تولید پلاستیک نیست. این فناوری نشان‌دهنده‌ی تغییری بنیادی در نحوه‌ی نگاه بشر به دی اکسید کربن است. به جای ذخیره‌سازی منفعلانه‌ی این گاز، اکنون امکان بازیافت آن به محصولات باارزش اقتصادی بالا فراهم شده است. رویکردی که به اقتصاد چرخشی کم‌کربن و آینده‌ای پایدارتر کمک می‌کند. از آنجا که اقیانوس‌ها هم‌اکنون حدود یک‌سوم از کل انتشار جهانی دی اکسید کربن را جذب می‌کنند، این سیستم می‌تواند آن‌ها را از «جاذب‌های غیرفعال» به بازیگران فعال در مبارزه با بحران اقلیمی تبدیل کند. افزون بر این، پژوهشگران پیشنهاد کرده‌اند که با ادغام این راکتورها با منابع انرژی تجدیدپذیر فراساحلی مانند باد، خورشید یا انرژی جزر و مد، می‌توان فرآیند جذب و تبدیل کربن را کاملاً پایدار و بدون انتشار گازهای آلاینده انجام داد.

فناوری نوین استخراج و تبدیل دی اکسید کربن از آب دریا به پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر، گامی بزرگ در مسیر حفاظت از اقلیم زمین و کاهش آلودگی پلاستیکی به شمار می‌رود. این دستاورد علمی نه‌تنها نشان‌دهنده‌ی توانایی بشر در مهار چرخه‌ی کربن طبیعی است، بلکه می‌تواند الگویی برای توسعه‌ی جهانی فناوری‌های «بازیافت کربن» باشد.

در جهانی که به‌شدت با چالش گرمایش زمین و آلودگی مواجه است، چنین نوآوری‌هایی امید تازه‌ای برای ترکیب علم، پایداری و اقتصاد سبز فراهم می‌آورند. شاید در آینده‌ای نه‌چندان دور، اقیانوس‌ها نه فقط قربانی تغییرات اقلیمی، بلکه بخشی از راه‌حل آن باشند.