أعلنت جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية “كاوست” عن ابتكار تقنية جديدة للأغشية تساعد في تقليل استهلاك الطاقة أثناء فصل الغازات الصناعية، حيث تمثل هذه العمليات حوالي 15٪ من إجمالي استهلاك الطاقة في العالم، وقد جاء هذا التطوير بالتعاون مع شركاء أكاديميين من الصين وفرنسا.
ركزت الدراسة، التي نُشرت في مجلة “نيتشر”، على الأطر المعدنية العضوية (MOFs)، وهي مواد تتميز بقدرتها العالية على فصل الجزيئات بكفاءة، حيث تمكن الفريق البحثي من تصميم أغشية تحتوي على أكثر من 90٪ من هذه المادة مع الحفاظ على مرونتها ومتانتها، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات التصنيع الصناعي.
استطاع الباحثون أيضًا معالجة أحد أكبر التحديات التقنية من خلال استخدام مرساة جزيئية صغيرة تربط صفائح الأطر المعدنية العضوية بسلاسل البوليمرات، مما يضمن أداءً عاليًا ويسهل تصنيع الأغشية بكميات كبيرة، وقد أظهر الفريق قدرته على إنتاج لفائف أغشية بطول 20 مترًا باستخدام تقنية التصنيع المستمر، مما يعني إمكانية دمجها في خطوط الإنتاج الصناعية الحالية.
كفاءة عالية وتطبيقات متنوعة
أوضح البروفيسور محمد الداوودي، أستاذ علوم الكيمياء في “كاوست” وأحد مؤلفي الدراسة، أن هذا الابتكار يمثل خطوة عملية نحو تصنيع أغشية متقدمة بالحجم الصناعي المطلوب، كما أنه يقرب التقنية من التطبيق الفعلي، حيث تستهلك عمليات الفصل الصناعية كميات هائلة من الطاقة يوميًا.
أظهرت التجارب كفاءة عالية لهذه التقنية في تطبيقات مثل احتجاز الكربون وتنقية الهيدروجين وتنقية البروبيلين المستخدم في الصناعات البتروكيماوية، ونجح الغشاء في إنتاج بروبيلين بدرجة نقاء مناسبة لتصنيع البوليمرات خلال مرحلة فصل واحدة، مع الحفاظ على أدائه لمدة 150 يومًا من التشغيل المستمر.
أوضحت نتائج النمذجة أن هذه التقنية قد تخفض تكاليف التنقية بنسبة تصل إلى 80٪ مقارنة بعمليات التقطير التقليدية، مع إمكانية استخدامها في تطبيقات أخرى مثل تنقية الغاز الطبيعي واستعادة الهيدروجين واحتجاز ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء.
شارك في هذه الدراسة باحثون من “كاوست” وجامعة هونغ كونغ للعلوم والتقنية وجامعة قوانغتشو وجامعة تسينغهوا وجامعة مونبلييه والمركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي، وقادها البروفيسور شينغ تشو، أحد خريجي الدكتوراه السابقين في “كاوست”.