طور علماء في جامعة تشيبا اليابانية مادة كربونية جديدة تسمى "فيسيازايدز" (viciazites)، تعمل على احتجاز ثاني أكسيد الكربون بكفاءة أكبر وتطلقه في درجات حرارة منخفضة. وتستخدم هذه المادة مجموعات نيتروجين مرتبة بدقة لخفض تكاليف الطاقة، مما يتيح إمكانية تشغيلها باستخدام الحرارة المهدرة من العمليات الصناعية. وقد يسهم هذا الإنجاز في جعل احتجاز الكربون على نطاق واسع أكثر تكلفة ميسورة.
ابتكر فريق بقيادة الأستاذ المشارك ياسوهيرو يامادا من كلية الدراسات العليا للهندسة، والأستاذ المشارك تومونوري أوبا من كلية الدراسات العليا للعلوم بجامعة تشيبا، مادة "فيسيازايدز"، وهي مواد كربونية ذات وظائف نيتروجينية متجاورة ومتحكم بها. وتفصل الدراسة، التي نُشرت في مجلة "كربون" (Carbon)، ثلاثة إصدارات من المادة: إصدار بمجموعات أمين أولية متجاورة (-NH2) بنسبة انتقائية تبلغ 76%، وآخر بنيتروجين بيرولي متجاور بنسبة 82%، وإصدار ثالث بنيتروجين بيريديني متجاور بنسبة انتقائية 60%. تم إنتاج هذه المواد عن طريق تسخين "الكورونين"، ومعالجته بالبروم، وتعريضه لغاز الأمونيا، من بين طرق أخرى، ثم تطبيقها على ألياف الكربون المنشطة. وقد أكدت تقنيات مثل الرنين المغناطيسي النووي ومطيافية الأشعة السينية الضوئية الترتيب الدقيق لمجموعات النيتروجين. وأظهرت الاختبارات أن "فيسيازايدز" ذات مجموعات -NH2 والنيتروجين البيرولي المتجاورة احتجزت كميات أكبر من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالألياف غير المعالجة، بينما كان أداء إصدارات النيتروجين البيريديني مماثلاً للمواد القياسية. وتتمثل الميزة البارزة في عملية الامتزاز عند درجات حرارة منخفضة؛ حيث تطلق المواد التي تحتوي على مجموعات -NH2 متجاورة معظم ثاني أكسيد الكربون المحتجز في درجات حرارة أقل من 60 درجة مئوية. وقال يامادا: "كشف تقييم الأداء أنه في المواد الكربونية التي يتم فيها إدخال مجموعات NH2 بشكل متجاور، فإن معظم ثاني أكسيد الكربون الممتز يتحرر عند درجات حرارة أقل من 60 درجة مئوية. ومن خلال الجمع بين هذه الخاصية والحرارة الصناعية المهدرة، قد يكون من الممكن تحقيق عمليات احتجاز فعالة لثاني أكسيد الكربون مع خفض كبير في تكاليف التشغيل". وتحتاج إصدارات النيتروجين البيرولي إلى درجات حرارة أعلى ولكنها توفر ثباتاً أكبر. وأضاف يامادا: "يوفر هذا العمل مسارات معتمدة لتصنيع مواد كربونية مطعمة بالنيتروجين ومصممة خصيصاً، مما يوفر تحكماً على المستوى الجزيئي ضرورياً لتطوير تقنيات احتجاز ثاني أكسيد الكربون المتقدمة وفعالة التكلفة والجيل القادم منها". ويمكن استخدام هذه المواد أيضاً لإزالة الأيونات المعدنية أو العمل كحفازات. وقد تلقى البحث دعماً من مؤسسة موكاي للعلوم والتكنولوجيا، ومنحة JSPS KAKENHI رقم JP24K01251، وبرنامج ARIM التابع لوزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا اليابانية (MEXT).
