تیمی از محققان دانشگاه دلاور به سرپرستی جیمز بوچن، گامی انقلابی در حوزه فناوری‌های جذب مستقیم هوا (DAC) برداشته‌اند. این رویکرد جدید که در پاییز ۱۴۰۵ مطرح شده است، به جای استفاده از فیلترهای حرارتی مرسوم، از فرآیندهای الکتروشیمیایی درون یک سیستم باتری‌مانند برای به دام انداختن و جداسازی دی‌اکسید کربن بهره می‌برد؛ راهکاری که پتانسیل بالایی برای کاهش چشمگیر هزینه‌های انرژی و افزایش بهره‌وری عملیاتی دارد.
محدودیت‌های فناوری‌های فعلی جذب کربن
تکنولوژی‌های فعلی جذب کربن (Carbon Capture)، چه در مقیاس صنعتی برای خروجی دودکش‌ها و چه در مقیاس جذب از هوای محیط (Ambient Air)، عمدتاً بر «فیلترهای برگشت‌پذیر» متکی هستند. در این سیستم‌ها، هوا از میان گرانول‌های جامد یا مایعات شیمیایی خاص عبور داده می‌شود تا CO2 را جذب کنند. مرحله بحرانی در این روش، آزادسازی گاز جذب شده است که معمولاً نیازمند صرف انرژی حرارتی بسیار بالایی برای «آزاد کردن» دی‌اکسید کربن از ماده جاذب است. این فرآیند حرارتی نه تنها هزینه‌بر است، بلکه بازده کلی سیستم را به دلیل مصرف انرژی غیربهینه کاهش می‌دهد.
معماری سیستم الکتروشیمیایی جدید
نوآوری معرفی شده توسط محققان دانشگاه دلاور، انتقال فرآیند جذب از حوزه شیمی حرارتی به حوزه الکتروشیمی است. این دستگاه ساختاری مشابه یک باتری دارد که در آن واکنش‌های شیمیایی در دو سمت کاتد و آند به طور هماهنگ برای مدیریت CO2 کار می‌کنند. فرآیند به این صورت است که کاتد در طی عملکرد الکتروشیمیایی، یون‌های هیدروکسید تولید می‌کند. این یون‌ها با دی‌اکسید کربن واکنش داده و آن را به کربنات یا بی‌کربنات تبدیل می‌کنند. این ترکیب سپس از طریق یک غشای جداکننده (Separator Membrane) به سمت آند حرکت می‌کند.
مکانیسم واکنش در آند و کاتد
در سمت آند، محیط از نظر pH پایین‌تر است که این شرایط باعث معکوس شدن واکنش می‌شود. در این نقطه، یون‌های کربنات مجدداً به گاز خالص CO2 تبدیل می‌شوند. این طراحی هوشمندانه اجازه می‌دهد تا جداسازی گاز بدون نیاز به گرما دادن به کل بدنه سیستم انجام شود. به عبارت دیگر، نقش کاتد در اینجا تولید یون‌های هیدروکسید و نقش آند مصرف آن‌هاست، که منجر به یک چرخه بسته و بهینه برای مدیریت غلظت کربن می‌شود.
ویژگی‌های فنی سیستم جذب کربن الکتروشیمیایی
- مکانیسم اصلی: واکنش‌های الکتروشیمیایی مبتنی بر تغییر pH
- اجزای فعال: کاتد (تولید یون هیدروکسید) و آند (مصرف یون و آزادسازی CO2)
- مزیت کلیدی: حذف نیاز به چرخه‌های حرارتی پرمصرف
- قابلیت عملیاتی: پتانسیل بالا برای جایگزینی فیلترهای گرانولی در مقیاس‌های کوچک و متوسط
چشم‌انداز و نتیجه‌گیری
این تحقیق نشان می‌دهد که ادغام شیمی باتری با فناوری‌های زیست‌محیطی می‌تواند راهکاری مقیاس‌پذیر برای مقابله با تغییرات اقلیمی باشد. اگرچه این فناوری همچنان در مراحل تحقیقاتی است، اما مدل ارائه شده توسط تیم جیمز بوچن، در مقایسه با تلاش‌های پیشین، از پایداری بیشتری برخوردار است. کاهش هزینه‌های انرژی به عنوان بزرگترین مانع در تجاری‌سازی سیستم‌های جذب کربن شناخته می‌شود و این رویکرد جدید می‌تواند کلید دستیابی به اقتصادی مقرون‌به‌صرفه در صنعت حذف کربن (Carbon Removal) باشد.
