▪ /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Activated Carbon and Its Role in Mitigating Climate Change through Emission Reduction

(ج) إن الكربون المنشط هو شكل من أشكال الكربون المجهزة بحيث يكون له مساحة سطحية عالية، مما يجعله فعالاً للغاية في فرز الملوثات من الهواء والماء، وقد جعلت خصائصه الفريدة أداة قيمة في الجهود الرامية إلى التخفيف من آثار تغير المناخ عن طريق خفض الانبعاثات الضارة، وفي عالم يسعى إلى إيجاد حلول قابلة للتكدس وكبح الملوثات السامة، فإن الكربون المنشط يبرز مدى قابلية استخدامه في التكاثر والكفاءة والتوافق مع الهياكل الأساسية الصناعية القائمة.

ما هو الكاربون النشط؟

وينتج الكربون المنشط عن طريق مواد غنية بالكربون مثل الخشب والفحم والفولط أو قنابل الجوز في درجات حرارة عالية في بيئة محدودة بالأكسجين، وتعقب هذه العملية، التي تسمى الكربون، تنشيط من خلال التعرض لغازات أو مواد كيميائية، ونتيجة لذلك مادة مخرفة جداً بها مساحة سطحية داخلية واسعة تتجاوز في الغالب ٠٠٠ ١ متر مربع للغرام الواحد.

وكان استخدامها التاريخي الرئيسي في تنقية المياه، والهواء، والعمليات الصناعية مثل استعادة المذيبات ومعالجة الغازات، غير أن التقدم الأخير وضع الكربون المنشط كعنصر رئيسي في التكنولوجيات الرامية إلى خفض الانبعاثات في الغلاف الجوي واستيعاب ثاني أكسيد الكربون مباشرة من مصادر صناعية.

How Activates Porosity

وعملية التنشيط حاسمة الأهمية لتطوير الهيكل الداخلي للمخابرات، وتستخدم طريقتان رئيسيتان:

• Physical activation:] The carbonized material is treated with steam, CO2, or air at high temperatures (800-1000°C). This removes disorganized carbon atoms, creating micropores.
• Chemical activation:] The raw material is impregnated with chemicals such as phosphoric acid or potassium hydroxide before carbonization. This yields a more controlled pore distribution and often higher surface areas.

وتصنف المواد الإباحية الناتجة عن ذلك حسب الحجم: الميكروبات (أقل من 2 نانو متراً)، والميسوبيات (2-50 نانو متراً)، والثباتات (أكثر من 50 نانو متراً)، وتساهم كل فئة من فئات الحجم بشكل مختلف في أداء الامتصاص، وتؤثر الجزيئات الصغيرة بشكل خاص في تخطي الجزيئات الصغيرة مثل المركبات العضوية المتطايرة وثاني أكسيد الكربون، بينما تيسر عمليات إنتاج مبيدات أكبر انتشاراً أسرع ويمكنها استيعاب جزيئات الأكبر حجماً أكبر.

الدور في خفض الانبعاثات

ويؤدي الكربون المنشط دوراً حاسماً في خفض انبعاثات غازات الدفيئة والملوثات، وهو يستخدم في:

• (ب) القدرة على إنتاج مركبات عضوية متفجرة من الانبعاثات الصناعية، بما في ذلك الانبعاثات الناجمة عن النباتات الكيميائية، وصناعة الطلاء، ومرافق الطباعة.
• :: إنتاج غازات العادم في المركبات والمصانع، بما في ذلك مرشحات الجسيمات الديزلية والأغطية الصناعية.
• (ج) إزالة ثاني أكسيد الكربون من غازات المداخن في نظم احتجاز الكربون وتخزينه، وذلك في كثير من الأحيان من خلال عمليات الاستيعاب.
• التحكم في انبعاثات الزئبق من محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم، وهي مصدر عالمي كبير لهذا الملوث السمي العصبي.
• (ب) تخطي غازات سامة أخرى مثل كبريتيد الهيدروجين والأمونيا والرسم النباتي في البيئات الصناعية والداخلية على السواء.

Carbon Activated in Carbon Capture and Storage (CCS)

ومن أكثر التطبيقات الواعدة للكربون المنشط في مجال التخفيف من حدة المناخ استخدامه في امتصاص ثاني أكسيد الكربون، وخلافاً للغطاء المحتوي على أمين، الذي يتطلب طاقة عالية لإعادة توليده، يمكن للكربون المنشط أن يلتقط ثاني أكسيد الكربون عند درجات حرارة قريبة من اللبس ويطلقه من خلال تقلبات درجات الحرارة النادل نسبياً أو تقلبات الضغط، وهذه العملية معروفة باسم امتصاص درجات الحرارة المتأرجحة أو الضغط المتأرجح.

والباحثون هم الكربون المنشط هندسياً المصمم بأحجام القصائد والكيمياء السطحية لتحسين انتقائية ثاني أكسيد الكربون وقدرته، مثلاً، يمكن لغسل الكربون المنشط مع مجموعات تحتوي على النيتروجين أن يعزز كفاءته بالنسبة لجزيئات ثاني أكسيد الكربون، ويجري اختبار هذه الكربونات المنشطة المعدلة في محطات تجريبية ملحقة بكيلومترات الأسمنت ومطحن الصلبة - 2 من القطاعات الصناعية الأصعبة([-L-T]).

الزئبق واستئصال المعادن الثقيلة

(أ) أن محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم لا تزال مصدراً رئيسياً لانبعاثات الزئبق، إذ إن حقن الكربون المنشط هو الآن تكنولوجيا ثابتة لمكافحة الزئبق، ويحقن الكربون المنشط في البودر في مجرى الغاز المفلور، حيث يُعَدُّ الزئبق الأولي والأنواع المكسورة من الزئبق، ثم يُستَرَب الكربون في أجهزة التحكم الجسيمي مثل الأكياس أو المفترس الكهربائي.

وبخلاف الزئبق، يمكن للكربون المنشط أن يزيل المعادن الثقيلة الأخرى مثل الزرنيخ والسيلينيوم، وأن يُستمد من المياه المستعملة الصناعية ومواد الغاز المفلطح، مما يحول دون إطلاقها في البيئة.

مزايا استخدام الكربون المنشط

ويتيح استخدام الكربون المنشط عدة فوائد في مكافحة تغير المناخ:

• High Efficiency:] Its porous structure allows for effective trapping of pollutants at low concentrations, often achieving removal rates above 95% for targeted compounds.
• Versatility:] Suitable for various industrial applications and environmental settings, from large power plants to portable air purifiers and water filters.
• Renewability:] can be produced from renewable resources like coconut missiles, wood waste, and agricultural residues, reducing the carbon footprint of its own production.
• Regenerability:] Spent operationald carbon can often be regenerated through thermal or chemical processes, restoring most of its adsorption capacity and reducing waste.
• Not harmful subproducts:] contrast some chemical scrubbers, actived carbon simply computants rather than converting them into other hazardous compounds.

اعتبارات دورة الحياة والاستدامة

ويجب النظر في التأثير البيئي للكربون المنشط نفسه، إذ أن الإنتاج من الفحم أو الفول السوداني يحمل آثاراً كبيرة من الكربون بسبب التعدين والتجهيز العالي الحرارة، غير أن استخدام المواد الوسيطة للكتلة الأحيائية مثل قذائف جوز الهند أو الخيزران يمكن أن يحقق توازناً صافياً للكربون إذا كانت المواد الخام مصدراً مستداماً، بالإضافة إلى أن أوجه التقدم في النشاط المنخفضة الحرارة والكربون المزود بالموجات الدقيقة تقلل من الطاقة.

إن التجديد عامل آخر من عوامل الاستدامة، إذ يمكن أن تستعيد التجدد الحراري في الكيلونزات الدوارة ما يصل إلى 90 في المائة من القدرة الأصلية للاستيعاب، وإن كان يستهلك الطاقة وينتج عن ذلك بعض الخسائر المادية، ويستكشف الباحثون أساليب التجديد الكهروكيميائي والبيولوجي لزيادة خفض استخدام الطاقة.

التحديات والاتجاهات المستقبلية

وعلى الرغم من مزاياها، هناك تحديات أمام الاعتماد الواسع النطاق للكربون المنشط لخفض الانبعاثات، وتشمل هذه التحديات تكلفة الإنتاج، وتجديد الكربون المستنفد، والحاجة إلى تحسينات تكنولوجية، وتتراوح أسعار السوق الحالية للكربون المنشط العالي الجودة بين 500 1 دولار و000 5 دولار للطن الواحد، تبعاً للدرجة والكمود، وبالنسبة لتطبيقات احتجاز الكربون على نطاق واسع، يجب تخفيض هذه التكلفة بدرجة كبيرة من أجل التنافس مع بدائل مثل حرق الأمين أو فصل الميمبراني.

وثمة تحد آخر يتمثل في انتقائية الكربون المنشط لثاني أكسيد الكربون على مكونات غاز المداخن الأخرى مثل النيتروجين وبورت المياه، وفي حين أن التعديلات يمكن أن تحسن الانتقائية، فإن الأداء في ظروف العالم الحقيقي (مع ملوثات الرطوبة والتعقب) يظل مجالاً نشطاً من مجالات البحث.

وتركز البحوث المقبلة على تطوير المزيد من الكربونات المنشطة المستدامة والفعالة من حيث التكلفة، وكذلك إدماجها في استراتيجيات أكبر للتخفيف من حدة المناخ.

• Biochar-derived operationald carbon:] Producing operationald carbon from pyrolysis char of agricultural waste, which also sequesters carbon in the solid charmel.
• Composite materials:] Combining operationald carbon with metal-organic frameworks (MOFs) or graphene to enhance capacity and selectivity.
• Direct air capture (DAC): ] Using specialized actived carbon sorbents to capture CO2 directly from ambient air, a technology that could help achieve negative emissions. ] Recent studies in Nature] have demonstrated the potential of amine-functionalized actived carbons for DAC.
• Hybrid systems:] Integrating operationald carbon adsorption with renewable energy sources for regeneration, creating near-zero-emission capture cycles.

السياسات والسائقون الاقتصاديون

وتعجل آليات الحوافز الحكومية وتسعير الكربون بنشر تكنولوجيات مفعمة لمراقبة الانبعاثات القائمة على الكربون، فعلى سبيل المثال، يوفر الائتمان الضريبي لحصر الكربون في الولايات المتحدة، الذي يبلغ 85 دولاراً للطن الواحد من ثاني أكسيد الكربون المأخوذة والمخزنة، وعندما يقترن ذلك بالإيرادات المتأتية من بيع الكربون المنشط لأغراض التطبيقات الأخرى (مثل معالجة المياه)، تصبح الاقتصادات أكثر ملاءمة.() ويُحدد تقرير التقييم السادس للجنة

خاتمة

فالكربون المنشط أداة قوية في الحد من الانبعاثات الضارة ومكافحة تغير المناخ، وقدرتها على ملوثات الاستشارة تجعل من الضروري في العمليات الصناعية، وتنقية الهواء، وتكنولوجيات احتجاز الكربون، ومن الحصول على أوعية VOCs والزئبق في محطات توليد الطاقة لتمكين الصيد الجوي المباشر لثاني أكسيد الكربون، فإن القدرة على معالجة المواد والأداء المثبت يجعلها حجر الزاوية في الهندسة البيئية الحديثة، واستمرار الابتكار في مصادر المواد الوسيطة، وزيادة أساليب تنشيطها.