كشفت جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية "كاوست" عن تطوير تقنية جديدة للأغشية قد تسهم في تقليل استهلاك الطاقة في عمليات فصل الغازات الصناعية، التي تمثل نحو 15% من إجمالي استهلاك الطاقة عالميًا، في إنجاز بحثي أُنجز بالتعاون مع مؤسسات أكاديمية في الصين وفرنسا.
وبحسب دراسة نُشرت في مجلة "نيتشر"، اعتمد الباحثون على الأطر المعدنية العضوية "MOFs"، وهي مواد فائقة المسامية تُستخدم في فصل الجزيئات، وتمكنوا من تطوير أغشية تتكون بنسبة تزيد على 90% من هذه المادة، مع الحفاظ على مرونتها ومتانتها وإمكانية إنتاجها باستخدام تقنيات التصنيع الصناعية، بحسب وكالة الأنباء السعودية "واس".
بتكاليف أقل.. نتائج واعدة للتطبيق الصناعي
وللتغلب على أحد أبرز التحديات، استخدم الفريق مرساة جزيئية صغيرة لربط الصفائح النانوية للأطر المعدنية العضوية بسلاسل البوليمرات، ما أتاح إنتاج أغشية عالية الأداء وقابلة للتصنيع على نطاق واسع، كما نجح الباحثون في تصنيع لفائف أغشية متصلة بطول 20 مترًا باستخدام تقنية التصنيع المستمر "Roll-to-Roll"، بما يدعم إمكانية دمجها في خطوط الإنتاج الصناعية.
وقال أستاذ علوم الكيمياء في "كاوست" وأحد المؤلفين المراسلين للدراسة، البروفيسور محمد الداوودي، إن الابتكار يمثل خطوة عملية نحو إنتاج أغشية متقدمة بالأحجام التي تتطلبها التطبيقات الصناعية، مشيرًا إلى أن عمليات فصل الغازات تستهلك كميات كبيرة من الطاقة يوميًا.
وأظهرت الاختبارات كفاءة التقنية في تطبيقات تشمل احتجاز الكربون، وتنقية الهيدروجين، وتنقية البروبيلين المستخدم في الصناعات البتروكيماوية، حيث نجح الغشاء في إنتاج بروبيلين بدرجة نقاء مناسبة لتصنيع البوليمرات خلال مرحلة فصل واحدة، مع الحفاظ على أدائه لمدة 150 يومًا من التشغيل المستمر.
كما أشارت نتائج النمذجة إلى أن التقنية قد تخفض تكاليف التنقية بنسبة تصل إلى 80% مقارنة بعمليات التقطير التقليدية، مع إمكانية استخدامها في تنقية الغاز الطبيعي، واستعادة الهيدروجين، والاحتجاز المباشر لثاني أكسيد الكربون من الهواء، ويفتح الابتكار آفاقًا جديدة لتقنيات أكثر كفاءة وأقل استهلاكًا للطاقة مستقبلًا.
وشارك في الدراسة باحثون من "كاوست"، وجامعة هونغ كونغ للعلوم والتقنية "قوانغتشو"، وجامعة قوانغتشو، وجامعة تسينغهوا، وجامعة مونبلييه، والمركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي "CNRS"، فيما قاد الدراسة البروفيسور شينغ تشو، أحد خريجي الدكتوراه السابقين في "كاوست".
