هدر الطعام يصبح فخًا قويًا للكربون في اختراق المناخ

قد تصبح نفايات الطعام أداة مناخية قوية بفضل حبيبات صغيرة قابلة لإعادة الاستخدام تلتقط الكربون مباشرة من الهواء.

إن الإبقاء على ظاهرة الاحتباس الحراري أقل من 1.5 درجة مئوية على المدى الطويل سوف يتطلب أكثر من مجرد تخفيضات كبيرة في انبعاثات الغازات الدفيئة. ووفقاً للسيناريوهات المناخية المبينة في تقرير التقييم الأخير الصادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC)، سيحتاج العالم أيضاً إلى تقنيات قادرة على إزالة وتخزين مئات المليارات من الأطنان من ثاني أكسيد الكربون (CO).₂) بالفعل في الغلاف الجوي.

أحد الأساليب التي تحظى باهتمام متزايد هو “الالتقاط المباشر للهواء”، وهي التكنولوجيا التي تعمل على إزالة ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء. لقد أمضى الباحثون والشركات الناشئة سنوات في محاولة تحسين أنظمة DAC. واحدة من أوائل الشركات التجارية في هذا المجال هي شركة Climeworks، وهي شركة فرعية من المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ تأسست في عام 2009. وعلى الرغم من التقدم، فإن التقاط الهواء المباشر لا يزال مكلفًا ويتطلب كميات كبيرة من الطاقة.

تحويل مخلفات الطعام إلى مواد لالتقاط الكربون

لقد طور الباحثون في ETH Zurich الآن نهجًا جديدًا لـ DAC يمكن أن يجعل العملية أكثر كفاءة واستدامة. في دراسة نشرت في مجلة PNAS، استخدم فريق بقيادة عالم المواد رافاييل ميزينغا منتجات النفايات الناتجة عن تصنيع الألبان والتوفو لالتقاط ثاني أكسيد الكربون.₂.

يتم إنتاج كميات كبيرة من السوائل الغنية بالبروتين أثناء إنتاج منتجات الألبان والتوفو. ويتم إعادة استخدام جزء صغير فقط في تصنيع الأغذية، في حين يتم التخلص من الجزء الأكبر من الباقي. استخرج الباحثون البروتينات من مجرى النفايات هذا وقاموا بتجميعها في هياكل طويلة تشبه الخيوط تسمى ألياف الأميلويد. ثم تم دمج هذه الألياف مع هيدروكسيد البوتاسيوم وتشكيلها في حبات مسامية يبلغ قطرها حوالي نصف سنتيمتر إلى سنتيمتر واحد.

“إن المادة الناتجة تشبه الإسفنجة التي يمكنها امتصاص كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون₂ “عن طريق هيدروكسيد البوتاسيوم”، يوضح Mezzenga.

عند تعرضها للهواء، يتفاعل هيدروكسيد البوتاسيوم الموجود داخل الخرزات مع ثاني أكسيد الكربون₂ ويحولها إلى كربونات الهيدروجين، وهو ملح الكربونيك حامض. هذا التفاعل يزيل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.

“في اختباراتنا مع الهواء المحيط، تمكنا من استخلاص 97 ملليجرام من ثاني أكسيد الكربون₂ يشرح تشو دونغ، باحث ما بعد الدكتوراه في مجموعة ميزنجا والمؤلف الرئيسي للدراسة، “بجرام واحد من المادة”.

ووفقاً لدونغ، فإن هذا الأداء قوي بشكل استثنائي، حيث يتجاوز قدرة تقنيات DAC التقليدية بنسبة 10 إلى 50 بالمائة. واستنادًا إلى حسابات الفريق، يستطيع كيلوغرام واحد من حبيبات البروتين التقاط وعزل 100 جرام من ثاني أكسيد الكربون نظريًا.₂ خلال دورة تشغيل واحدة.

إزالة الكربون ذو الطاقة المنخفضة

تعتمد معظم أنظمة التقاط الهواء المباشر الحالية على الحرارة والضغط السلبي لتحرير ثاني أكسيد الكربون المحتجز من المادة الماصة. CO المستردة₂ ويمكن بعد ذلك تخزينها أو تحويلها إلى منتجات أخرى، مما يسمح بإزالتها من الغلاف الجوي على المدى الطويل. ومع ذلك، فإن توليد الحرارة اللازمة يتطلب طاقة كبيرة، مما يجعل مدينة دبي للمساعدات قابلة للحياة اقتصاديًا وبيئيًا بشكل رئيسي في الأماكن التي تتمتع بوفرة الطاقة المتجددة.

قام فريق ETH Zurich بتطوير حل مختلف. لتحرير ثاني أكسيد الكربون المحتجز، يتم رش حبيبات البروتين بالتناوب مع حمض خفيف وقاعدة خفيفة لمدة 10 دقائق تقريبًا في درجة حرارة الغرفة. تعمل هذه العملية على كسر الروابط الكيميائية التي تحمل ثاني أكسيد الكربون₂، مما يسمح بجمعها.

يمكن إعادة استخدام الخرز الحمضي والقاعدة والبروتيني بعد ذلك.

“المواد الاصطناعية المستخدمة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون₂ يقول دونج: “اليوم تتحلل بسرعة. وعلى النقيض من ذلك، تظل حبيبات البروتين لدينا مستقرة لفترة طويلة”.

وأظهرت الاختبارات المعملية أن الخرزات حافظت على أدائها من خلال 30 دورة من احتجاز الكربون وإطلاقه دون أي انخفاض كبير في الكفاءة.

مصممة للاقتصاد الدائري

على الرغم من أن Mezzenga يتوقع أن تحتاج المادة في النهاية إلى الاستبدال بعد عدة آلاف من الدورات مع انخفاض قدرتها على الامتصاص تدريجيًا، إلا أن الخرزات المستخدمة لا تزال تخدم غرضًا آخر.

ويقول الباحثون إن حبيبات البروتين يمكن استخدامها كسماد زراعي أو تحويلها إلى وقود حيوي بعد انتهاء فترة احتجاز الكربون. ونظرًا لأن المادة عضوية بالكامل وقابلة للتحلل الحيوي، فمن الممكن أن تتناسب بشكل طبيعي مع نموذج الاقتصاد الدائري.

ويشير ميزنجا إلى أن “المواد التي نستخدمها في هذه العملية غير سامة وهي صالحة للطعام”.

أجرى الفريق أيضًا تحليلًا لدورة الحياة ووجد أن الطريقة الجديدة تخلق تلوثًا بيئيًا أقل على مدار عمرها الكامل مقارنة بأساليب DAC الحالية.

هل يمكن أن ترتفع التكنولوجيا؟

وستكون هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث لتحديد ما إذا كانت هذه التكنولوجيا يمكن أن تعمل بفعالية على نطاق صناعي وما إذا كان ارتفاع ثاني أكسيد الكربون الناتج عنها يمكن أن يؤدي إلى تفاقم المشكلة₂ يمكن الحفاظ على أداء الالتقاط في أنظمة أكبر.

بالنسبة للدراسة الحالية، اختبر الباحثون بضعة جرامات فقط من المادة في بيئة معملية خاضعة للرقابة، حيث قاموا بالتقاط وعزل ما يقرب من 50 جرامًا من ثاني أكسيد الكربون.₂.

لا يزال Mezzenga متفائلاً. لقد عمل مع ألياف الأميلويد لما يقرب من عقدين من الزمن، وقد استخدمها سابقًا لإنشاء بدائل بلاستيكية قابلة للتحلل وتقنيات تنقية المياه.

ويقول: “نحن واثقون من أن هذه التكنولوجيا قابلة للتطوير”.

ويشير إلى أن النظام القائم على الرش يستخدم لإطلاق ثاني أكسيد الكربون₂ متوافق مع التقنيات المستخدمة بالفعل في العمليات الصناعية. وسوف تركز جهود دونج البحثية القادمة على تقييم التنفيذ على نطاق واسع.

على الرغم من أن الفريق لم يحسب بعد التكلفة الدقيقة لإزالة طن من ثاني أكسيد الكربون₂ ومع النظام الجديد، تتوقع Mezzenga أن يكون أقل تكلفة بكثير من طرق التقاط الهواء المباشرة التقليدية.

ويقول: “إن التكنولوجيا لدينا أرخص وأكثر استدامة لأنها تتطلب القليل من الطاقة وتعتمد على منتجات النفايات المتاحة على نطاق واسع”. “قد يغير ذلك قواعد اللعبة بالنسبة لمستقبل إزالة ثاني أكسيد الكربون₂ من الجو.”

المرجع: “ثاني أكسيد الكربون الجوي الدائري والحراري₂ التقاطها بواسطة المواد الماصة الأميلويد المشتقة من نفايات الطعام” بقلم تشو دونغ، ومينغ داي، وفيليكس دونات، ودومينيك ريتشيرت، وبن داي، وباويل ب. زيميانسكي، وجيانغتاو تشو، وميلاد راديوم، ومحمد بيدايش، ويانوين لي، وشيوهواي لي، وهوي وو، وكريستوف ر. مولر، ووينشواي تشين، ورافائيل ميزينغا، 8 يونيو 2026. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2535689123

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.