في الممرات الهادئة لمختبر الكيمياء، حيث تجلس الزجاجيات والمطيافات في استعداد هادئ، يلعب نوع مختلف من الضوء على هيكل جديد — ليس للإضاءة فقط، ولكن للإقناع اللطيف. هناك، قام العلماء بصنع مادة مسامية تستجيب للألوان الأكثر نعومة في الطيف المرئي، وفي تفاعل الضوء الأخضر والأزرق، تكشف عن طريقة للتنفس ثاني أكسيد الكربون وكأنه قد تعلم نوعًا من الإيقاع. إنه إعجاز هادئ، حيث تستجيب الجزيئات للضوء بحركة دقيقة لدرجة أن طيفًا من الأطوال الموجية — وليس الحرارة أو الظروف القاسية — يوجه الآن تدفق غاز الدفيئة.
تقليديًا، كان التقاط الكربون — وهو فعل حبس ثاني أكسيد الكربون من الهواء أو التدفقات الصناعية — قصة تتعلق بالحرارة والضغط، وغرف مشبعة بالحرارة ودورات تستهلك الطاقة. يتم تطبيق الحرارة، ويتم ربط الغاز، ثم يتم تطبيق الحرارة مرة أخرى لإطلاق الغاز، مما يجعل المادة جاهزة لدورة أخرى. ومع ذلك، فإن هذا النهج الجديد يعتمد على الضوء نفسه. قام الباحثون ببناء هيكل ثلاثي الأبعاد يعرف بإطار عطرية مسامية (PAF)، وهو شبكة من روابط الكربون القوية التي تقاوم الانهيار وتوفر شبكة من التجاويف المجهرية لتعيش فيها جزيئات الغاز. داخل هذا الهيكل، قاموا بإخفاء مفاتيح جزيئية صغيرة تتغير شكلها عندما تضربها ألوان معينة من الضوء — مثل الراقصين الذين يغيرون وضعهم عند إشارة أغنية مختلفة.
عندما يغمر الضوء الأخضر، الذي يبلغ طوله الموجي حوالي 530 نانومتر، المادة، فإن تلك المفاتيح المجهرية تنحني وتحتل مساحة أكبر داخل الإطار. من خلال القيام بذلك، تدفع بعض ثاني أكسيد الكربون المحبوس، مما يشجع الغاز على مغادرة أماكنه المجهرية. وعلى العكس، عندما يغسل الضوء الأزرق، الذي يبلغ طوله الموجي حوالي 420 نانومتر، المسام، فإن المفاتيح تستقيم مرة أخرى، مما يفتح الفجوات داخل الهيكل ويدعو الغاز للعودة. الهيكل بأكمله، المسامي والقابل للاستقبال، يغير من ميوله تجاه ثاني أكسيد الكربون استجابةً للون الضوء الذي يتلقاه — دورة من الالتقاط والإفراج تشعر وكأنها تنفس.
ما يجعل هذه الاستجابة واعدة بشكل خاص هو أن الضوء المرئي يمكنه الوصول إلى أعماق الهيكل المسامي. في العديد من المواد الأخرى، كان الضوء فوق البنفسجي مطلوبًا لتبديل المفاتيح أو تحفيز التغييرات، ولكن ذلك الضوء عالي الطاقة يميل إلى تغيير أو تدهور المادة نفسها ويؤثر فقط على المناطق السطحية. الإطار المسامي الجديد مستقر وقابل للاختراق، مما يسمح للضوء بالوصول إلى المزيد من حجمه الداخلي بحيث يعمل الهيكل بأكمله بالتناغم بدلاً من مجرد جلده المكشوف. في التجارب المعملية، حدثت دورات متكررة من الإفراج المستحث بواسطة الضوء الأخضر والالتقاط المستحث بواسطة الضوء الأزرق دون فقدان ملحوظ في القوة أو الأداء، مما يرفع من احتمال العديد من دورات معالجة الغاز دون أن تتآكل المادة.
وراء هذه التجارب تكمن طموحات أوسع: إيجاد طرق لإدارة ثاني أكسيد الكربون تكون أكثر لطفًا على الطاقة والمواد من الطرق التقليدية المدفوعة بالحرارة. إذا كان الضوء — حتى الضوء المرئي المتواضع — يمكن أن يعمل كإشارة لإطلاق وإعادة امتصاص غاز الدفيئة، فإن الأنظمة يمكن تصميمها من حيث المبدأ للاستفادة من الطاقة الشمسية أو مصابيح LED المضبوطة خصيصًا بدلاً من الاعتماد على الحرارة الناتجة عن الوقود الأحفوري. هذه الفكرة لا تعني بعد آلة جاهزة للجلوس داخل عوادم المصانع، لكنها ترسم اتجاهًا للتقنيات المستقبلية التي يمكن أن تربط بين مجالات الكيمياء والضوء والمناخ.
بعبارات علمية بسيطة، قام الباحثون في جامعة غرونينغن بتطوير مادة إطار عطرية مسامية يمكنها التقاط وإطلاق ثاني أكسيد الكربون استجابةً للضوء المرئي. تحتوي المادة على جزيئات قابلة للتبديل تتغير تكوينها تحت الضوء الأخضر والأزرق، مما يغير الحجم الحر الداخلي للهيكل المسامي وبالتالي كمية CO₂ التي تحتفظ بها. أظهرت الاختبارات المعملية دورات متكررة من امتصاص وإطلاق CO₂ دون فقدان الأداء، مما يوفر نهجًا منخفض الطاقة محتمل لتقنيات التقاط الكربون.
تم إنشاء جميع الرسوم التوضيحية باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي وليست صورًا حقيقية.
نُشر بواسطة Banx Network. هذا المقال جزء من برنامج الوسائط اللامركزية من Banx، مدعومًا برمز BXE على شبكة XRP Ledger.
