قام باحثون في بينانغ بتحويل رماد نخيل الزيت إلى مادة فعالة ومحسّنة بالذكاء الاصطناعي لالتقاط ثاني أكسيد الكربون، مما يوفر حلاً مستداماً لنفايات صناعة النخيل ويعزز استراتيجيات التخفيف من آثار تغير المناخ.
ابتكر باحثون ماليزيون طريقة رائدة لتحويل رماد نخيل الزيت، وهو منتج ثانوي لصناعة زيت النخيل، إلى مادة عالية الكفاءة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون. لا يوفر هذا الابتكار حلاً مستداماً لتحديات التخلص من رماد قشور نواة النخيل فحسب، بل يمثل أيضاً أداة واعدة في مكافحة تغير المناخ.
استخدم فريق من جامعة العلوم الماليزية عملية تتضمن المعالجة الحمضية، والتسخين عند 700 درجة مئوية، والتنشيط باستخدام هيدروكسيد البوتاسيوم، مما أنتج بنية كربونية مسامية قادرة على امتصاص 2.9 ملي مول من ثاني أكسيد الكربون لكل غرام. والجدير بالذكر أن هذه القدرة تضاهي قدرة المواد الماصة التجارية المتطورة المصممة بمساحات سطحية أكبر بكثير، مما يؤكد أهمية بنية المسام الدقيقة للمادة بدلاً من حجم سطحها فحسب.
يكمن سر كفاءة هذه المادة في تصميمها الجزيئي: بمتوسط قطر مسام يبلغ 72.71 أنغستروم، يُنشئ هيكلها قنوات ذات حجم مثالي تسمح لجزيئات ثاني أكسيد الكربون بالدخول والالتصاق بفعالية. يُسهّل هذا الإطار المسامي المتوسط الانتشار بشكل أسرع وحركية امتصاص مُحسّنة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات الصناعية واسعة النطاق. في حين أن مساحة السطح تُعتبر عادةً العامل الأهم في المواد الماصة، يُسلّط هذا البحث الضوء على كيف يُمكن أن يكون لحجم المسام وترتيبها، إلى جانب وظائف المادة، دور حاسم في الأداء. وُجد أن نسبة التنشيط المثلى هي 1:2 للرماد وهيدروكسيد البوتاسيوم؛ إذ أن تجاوز هذه النسبة يؤدي إلى انهيار هيكلي، مما يُقلل من الفعالية.
بشكل ملحوظ، دمج الفريق الماليزي تقنيات التعلم الآلي في منهجه التجريبي، مما يمثل اندماجًا مبتكرًا بين الذكاء الاصطناعي وعلوم المواد. وباستخدام شبكة عصبية ثنائية الطبقات، حقق الباحثون قيمة معامل تحديد (R²) تتجاوز 0.99 في التنبؤ بامتصاص ثاني أكسيد الكربون في ظل ظروف متغيرة كدرجة الحرارة ومعدل تدفق الغاز وتركيزه. يُمكّن هذا النموذج الحسابي من إجراء محاكاة وتحسين سريعين، مما يقلل بشكل كبير من الوقت والتكاليف المرتبطة بالاختبارات التجريبية التقليدية. وكشفت الديناميكا الحرارية أن امتصاص ثاني أكسيد الكربون يحدث بشكل أساسي عبر الامتزاز الفيزيائي - قوى فيزيائية ضعيفة فعالة عند درجات حرارة منخفضة حوالي 30 درجة مئوية - ولكنه يتضاءل بشكل حاد عند 60 درجة مئوية بسبب زيادة الطاقة الجزيئية التي تسمح لثاني أكسيد الكربون بالهروب.
تُنتج صناعة زيت النخيل في ماليزيا أكثر من 20 مليون طن سنويًا، مما يُولّد كميات كبيرة من الرماد يصعب التخلص منها بطريقة مستدامة. ومن خلال إعادة تدوير هذه النفايات إلى مادة لالتقاط الكربون تتطلب طاقة أقل من تصنيع المواد الماصة التجارية، يُقدّم هذا البحث نهجًا مغلقًا يجمع بين تثمين النفايات والتخفيف من آثار تغير المناخ. أظهرت الاختبارات التجريبية أن معدل تدفق غاز يبلغ 30 ملليلترًا في الدقيقة يُحسّن وقت التلامس، مما يُعزز التقاط ثاني أكسيد الكربون، بينما تؤدي معدلات التدفق الأعلى إلى اختراق مبكر وفقدان الكفاءة. وبلغت تركيزات ثاني أكسيد الكربون المثلى 15%، مع ملاحظة ديناميكيات امتصاص غير متوقعة عند 12%، مما يُشير إلى تفاعلات معقدة بين معدلات الامتصاص وأنماط تدفق الغاز.
يُرسّخ هذا العمل الرائد مكانة كلية الهندسة الكيميائية بجامعة العلوم الماليزية كمركز إقليمي رائد في تطوير المواد المستدامة، مع التركيز بشكل خاص على الابتكارات المدعومة بالذكاء الاصطناعي. ويطمح الباحثون إلى إجراء تجارب تجريبية على نطاق واسع لتطبيق مادتهم في بيئات صناعية مثل معالجة غازات المداخن، وتحسين جودة الغاز الحيوي، وأنظمة استخلاص الهواء المباشر. كما ستُحدد دراسات المتانة طويلة الأمد إمكانية تجديد المادة عدة مرات دون فقدان كبير في الكفاءة، وهو عامل حاسم للجدوى التجارية.
على الرغم من أن مواد أخرى مشتقة من الكتلة الحيوية، مثل الكربون المنشط من قشور نواة النخيل، قد تتميز بمساحات سطحية أعلى - تتجاوز أحيانًا 1000 متر مربع/غرام - ووظائف مختلفة كإضافة أكسيد المغنيسيوم، فإن رماد نخيل الزيت الماليزي ينافس بقوة من حيث قدرة امتصاص الكربون. وتشير الدراسات المقارنة إلى أن مساحة السطح وحدها لا تضمن امتصاصًا فائقًا، مما يؤكد أهمية بنية المسام والتركيب الكيميائي للسطح في تصميم المواد الماصة.
ترتبط الآثار الأوسع نطاقًا لهذا البحث بمبادرات إقليمية تستكشف الطاقة الحيوية مع احتجاز الكربون وتخزينه (BECCS) باستخدام مختلف مخلفات زيت النخيل، بما في ذلك السعف والجذوع وعناقيد الثمار الفارغة. توفر هذه الأنظمة المتكاملة مسارات مستدامة لإنتاج الكهرباء ببصمة كربونية منخفضة مع الاستفادة من المخلفات الزراعية. يُكمّل الابتكار الماليزي هذه المناهج من خلال التركيز تحديدًا على الاستفادة من الرماد واحتجاز ثاني أكسيد الكربون مباشرةً.
مع ازدياد صرامة الأهداف المناخية العالمية، يتزايد الطلب على تقنيات احتجاز الكربون الميسورة التكلفة والقابلة للتوسع. ويلبي المشروع الماليزي هذه الاحتياجات من خلال تسخير مادة نفايات وفيرة لإنتاج مادة ماصة عالية الأداء وفعالة من حيث التكلفة، مستخدمًا تقنيات التعلم الآلي لتحسين وتسريع وتيرة البحث. ورغم وجود بعض التحديات، كإثبات استقرار المادة على المدى الطويل وتوسيع نطاق الإنتاج، إلا أن هذا العمل يمثل خطوة هامة نحو حلول الاقتصاد الدائري التي تدمج الزراعة وعلوم المواد المتقدمة والذكاء الاصطناعي في مواجهة تغير المناخ.
في المرة القادمة التي تظهر فيها منتجات زيت النخيل على الرفوف، يجدر بنا أن نتذكر أن العلماء يعملون على ابتكار أدوات جديدة من مخلفات هذه الصناعة لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي بشكل فعال، جزيئاً جزيئاً.
