به گزارش یازاکو، در دوران بحرانی تغییرات اقلیمی، مقابله با دی‌اکسید کربن به یکی از مهم‌ترین چالش‌های جهانی تبدیل شده است. در همین حال، صنعت ساختمان نیز یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان دی اکسید کربن به شمار می‌رود. حالا، پژوهشگران دانشگاه میشیگان با دستیابی به فناوری‌ای نوآورانه، روشی را ارائه کرده‌اند که می‌تواند این تهدید زیست‌محیطی را به فرصتی سازنده تبدیل کند. آنها موفق شده‌اند دی‌اکسید کربن موجود در هوا را به ماده‌ای تبدیل کنند که می‌تواند در تولید سیمان نسل آینده مورد استفاده قرار گیرد.
فهرست
آینده‌ای که از آلودگی امروز ساخته می‌شود
تیمی از دانشمندان به سرپرستی دکتر «چارلز مک‌کوری» از دانشگاه میشیگان، موفق به توسعه روشی شدند که دی‌اکسید کربن را از جو جذب کرده و آن را به اگزالات‌های فلزی (Metal Oxalates) تبدیل می‌کند. این ترکیبات، بلوک‌های سازنده ارزشمندی هستند که می‌توانند به عنوان پیش‌سازهایی برای تولید نوعی سیمان پاک‌تر و پایدارتر استفاده شوند.
این نوآوری بخشی از پروژه‌ای مشترک با مرکز پژوهشی «بستن چرخه کربن» یا ۴C است که زیر نظر وزارت انرژی ایالات متحده فعالیت می‌کند. این مرکز به رهبری پروفسور جنی یانگ در دانشگاه کالیفرنیا، ایروین، تمرکز اصلی خود را بر تبدیل دی اکسید کربن جذب‌شده به سوخت‌ها و مواد صنعتی قابل استفاده قرار داده است.
تغییر در فرآیند ساخت سیمان؛ از سنگ آهک به کربن بازیافتی
سیمان پرتلند، متداول‌ترین نوع سیمان در جهان، با استفاده از سنگ آهک و مواد معدنی کلسیمی تولید می‌شود و تولید آن عامل حدود ۸ درصد از انتشار جهانی دی اکسید کربن است. تیم پژوهشی ۴C راهکاری ارائه کرده که می‌تواند این معادله را تغییر دهد: تبدیل مستقیم دی اکسید کربن به ماده‌ای که در فرآیند ساخت سیمان قابل استفاده باشد، بدون نیاز به استخراج و پخت سنگ آهک.
این فرآیند شامل استفاده از اگزالات‌های فلزی به عنوان پیش‌ماده‌های سیمانی است. اما چالش اصلی در گذشته استفاده از مقدار زیادی فلز سرب به عنوان کاتالیزور در این واکنش‌ها بود؛ عنصری که به دلیل سمیت، تهدیدی برای محیط زیست و سلامت محسوب می‌شود.
پیشرفت فناورانه؛ کاهش فلز سرب به سطوح ایمن
پیشرفت بزرگ در این پروژه، توسعه پلیمرهای مخصوصی بود که محیط شیمیایی اطراف کاتالیزور را کنترل کرده و میزان سرب مورد استفاده را تا سطح «قسمت در میلیارد» (ppb) کاهش داده‌اند. این میزان، معادل ناخالصی‌های طبیعی موجود در بسیاری از مواد تجاری است و به طور قابل قبولی بی‌خطر تلقی می‌شود.
پروفسور آناستازیا الکساندرووا از UCLA که از همکاران این پروژه است، اشاره می‌کند که این کشف اتفاقی از یک «ناخالصی ظاهراً بی‌اهمیت» حاصل شده که نقش مهمی در تسهیل واکنش‌ها ایفا می‌کند. او معتقد است که ممکن است در بسیاری از فرآیندهای صنعتی دیگر نیز چنین فرصت‌هایی برای کشف کاتالیزورهای پنهان وجود داشته باشد.
فرآیند الکترولیتی که کربن را به بلوک ساختمانی تبدیل می‌کند
در قلب این فناوری، یک سیستم الکترولیتی دو الکتروده قرار دارد. در یک الکترود، دی‌اکسید کربن به یون‌های اگزالات تبدیل می‌شود؛ در الکترود دیگر، یون‌های فلزی آزاد می‌شوند و با اگزالات‌ها ترکیب شده و اگزالات‌های فلزی جامد را تشکیل می‌دهند.
این ترکیبات جامد، قابل استفاده در تولید سیمان هستند و در عین حال، دی اکسید کربن را به شکلی پایدار و غیرقابل بازگشت در خود نگه می‌دارند. به گفته مک‌کوری، این ترکیبات در شرایط معمولی دوباره به دی‌اکسید کربن تبدیل نمی‌شوند و از این رو، برای ذخیره‌سازی پایدار کربن نیز مناسب‌اند.
فرصت تجاری و چالش‌های مقیاس‌پذیری
در حالی که بخش الکترولیز دی‌اکسید کربن در حال حاضر در مقیاس صنعتی در حال توسعه است، چالش اصلی در حال حاضر، مقیاس‌پذیر کردن مرحله تولید اگزالات فلزی جامد است.
مک‌کوری در این باره می‌گوید: «اگرچه هنوز راه زیادی در پیش داریم، اما معتقدم این فرآیند قابلیت تجاری‌سازی دارد. کاهش نیاز به سرب یکی از گام‌های مهم برای عملی کردن این پروژه در مقیاس صنعتی بوده است.»
گامی نو برای ساخت‌وساز سبز و کاهش کربن
به نقل از IE، تبدیل مستقیم دی‌اکسید کربن به مواد ساختمانی، نه‌تنها نشان‌دهنده نوآوری در علم شیمی است، بلکه می‌تواند به عنوان یک استراتژی پایدار و کارآمد برای مقابله با تغییرات اقلیمی مورد استفاده قرار گیرد. این رویکرد، امکان تولید سیمانی با ردپای کربنی نزدیک به صفر را فراهم می‌کند.
با توجه به نقش عظیم صنعت سیمان در انتشار گازهای گلخانه‌ای، چنین فناوری‌هایی می‌توانند در سال‌های آینده مسیر ساخت‌وساز شهری، صنعتی و زیربنایی را دگرگون کنند. این تنها گامی به سوی معماری سبز نیست، بلکه پاسخی علمی به یکی از چالش‌های بزرگ قرن ما است: مهار کربن با فناوری.