חוקרים בפנאנג הפכו אפר דקלים לחומר יעיל, המותאם לבינה מלאכותית, ללכידת CO₂, המציע פתרון בר-קיימא לפסולת תעשיית הדקלים ומקדם אסטרטגיות להפחתת פליטות האקלים.
חוקרים מלזים פיתחו שיטה להמרת אפר דקלים, תוצר לוואי של תעשיית שמן הדקלים, לחומר יעיל ביותר ללכידת פחמן דו-חמצני (CO₂). חידוש זה לא רק מספק פתרון בר-קיימא לאתגרי הסילוק שמציב אפר קליפות גרעיני הדקל, אלא גם מציג כלי מבטיח במאבק נגד שינויי האקלים.
הצוות באוניברסיטת סיינס מלזיה השתמש בתהליך שכלל טיפול בחומצה, חימום ל-700 מעלות צלזיוס והפעלה עם אשלגן הידרוקסיד, שיצר מבנה פחמן מזופורי המסוגל לספוח 2.9 מילימולים של CO₂ לגרם. באופן מפתיע, קיבולת זו תואמת את זו של חומרים סופחים מסחריים מתקדמים שהונדסו עם שטחי פנים גדולים בהרבה, דבר המדגיש את החשיבות של ארכיטקטורת הנקבוביות המכוונת היטב של החומר ולא את גודל הפנים העצום.
סוד יעילותו של חומר זה טמון בתכנון המולקולרי שלו: עם קוטר נקבוביות ממוצע של 72.71 אנגסטרם, המבנה יוצר תעלות בגודל אופטימלי המאפשרות למולקולות CO₂ להיכנס ולהידבק ביעילות. מסגרת מזופורוזית זו מאפשרת דיפוזיה מהירה יותר וקינטיקה משופרת של ספיחה, חיונית ליישומים בקנה מידה תעשייתי. בעוד ששטח פנים מודגש לעתים קרובות כבעל חשיבות עליונה בחומרי סופחים, מחקר זה מדגיש כיצד גודל הנקבוביות וסידורן, יחד עם פונקציונליזציה של החומר, יכולים להיות מכריעים באותה מידה בביצועים. יחס ההפעלה האופטימלי נמצא כ-1:2 עבור אפר ואשלגן הידרוקסיד; חריגה מיחס זה הובילה לקריסה מבנית, מה שהפחית את היעילות.
באופן משמעותי, הצוות המלזי שילב למידת מכונה בגישתם הניסויית, המייצגת מיזוג חדשני של בינה מלאכותית ומדעי החומרים. באמצעות רשת נוירונים דו-שכבתית, החוקרים השיגו ערך R בריבוע העולה על 0.99 בחיזוי ספיחת CO₂ בתנאים משתנים כגון טמפרטורה, קצב זרימת גז וריכוז. מודל חישובי זה מאפשר סימולציה ואופטימיזציה מהירים, ומקצץ את הזמן והעלויות הקשורים לבדיקות ניסיוניות מסורתיות. התרמודינמיקה גילתה שספיחת CO₂ מתרחשת בעיקר באמצעות פיזיסורפציה - כוחות פיזיקליים חלשים היעילים בטמפרטורות נמוכות יותר סביב 30 מעלות צלזיוס - אך פוחתת בחדות ב-60 מעלות צלזיוס עקב אנרגיה מולקולרית מוגברת המאפשרת ל-CO₂ להיפלט.
תעשיית שמן הדקלים של מלזיה מייצרת יותר מ-20 מיליון טון בשנה, ומייצרת כמויות משמעותיות של אפר שקשה לסלק באופן בר-קיימא. על ידי מיחזור פסולת זו לחומר לכידת פחמן הדורש פחות אנרגיה מאשר סינתזה של חומרים סופחים מסחריים, המחקר מציע גישת לולאה סגורה המשלבת ניצול פסולת עם הפחתת השפעות האקלים. ניסויים הראו שקצב זרימת גז של 30 מיליליטר לדקה הגדיל את זמן המגע, ושיפר את לכידת ה-CO₂, בעוד שקצבי זרימה גבוהים יותר הובילו לפריצה מוקדמת ולאובדן יעילות. ריכוזי CO₂ אופטימליים הגיעו עד 15%, כאשר דינמיקת ספיחה בלתי צפויה נצפתה ב-12%, דבר המצביע על אינטראקציות מורכבות בין קצבי ספיחה לדפוסי זרימת גז.
עבודה חלוצית זו ממצבת את בית הספר להנדסה כימית של אוניברסיטת סיינס במלזיה כמובילה אזורית בפיתוח חומרים בני קיימא, תוך דגש מיוחד על חדשנות המונעת על ידי בינה מלאכותית. לחוקרים יש שאיפות לערוך ניסויים בקנה מידה פיילוט, תוך שימוש בחומר שלהם במסגרות תעשייתיות כגון טיפול בגזי פליטה, שדרוג ביוגז ומערכות לכידת אוויר ישירה. מחקרי עמידות ארוכי טווח יקבעו גם האם ניתן לחדש את החומר מספר פעמים ללא אובדן משמעותי של יעילות, גורם קריטי לכדאיות מסחרית.
למרות שחומרים אחרים שמקורם בביומסה, כמו פחמן פעיל מקליפות גרעיני דקל, עשויים להתגאות בשטחי פנים גדולים יותר - לעיתים מעל 1000 מ"ר/גרם - ובפונקציונליזציות שונות כמו תוספות מגנזיום אוקסיד, חומר אפר הדקל המלזי מתחרה חזק מבחינת יכולת לכידת פחמן. מחקרים השוואתיים מצביעים על כך ששטח פנים לבדו אינו מבטיח ספיחה טובה יותר, דבר המחזק את חשיבות ארכיטקטורת הנקבוביות וכימיה של פני השטח בתכנון חומרי ספיחה.
השלכות רחבות יותר של מחקר זה מתחברות ליוזמות אזוריות החוקרות ביו-אנרגיה עם לכידת ואחסון פחמן (BECCS) באמצעות זרמי פסולת שונים של שמן דקלים, כולל עלים, גזעים ואשכולות פירות ריקים. מערכות משולבות אלו מציעות מסלולים בני-קיימא לייצור חשמל עם טביעת רגל פחמנית מופחתת תוך ניצול יתר של שאריות חקלאיות. החדשנות המלזית משלימה גישות אלו על ידי התמקדות ספציפית בניצול יתר של אפר ובלכידת CO₂ ישירה.
ככל שיעדי האקלים הגלובליים הופכים מחמירים יותר, הביקוש לטכנולוגיות לכידת פחמן במחירים נוחים וניתנות להרחבה גובר. הפיתוח המלזי עונה על צרכים אלה על ידי ניצול חומר פסולת שופע ליצירת סופח בעל ביצועים גבוהים וחסכוני, תוך שימוש בלמידת מכונה כדי לייעל ולהאיץ את התקדמות המחקר. בעוד שנותרו אתגרים - כגון הוכחת יציבות חומרים לטווח ארוך והגדלת הייצור - העבודה מסמנת צעד משמעותי לקראת פתרונות כלכלה מעגלית המשלבים חקלאות, מדע חומרים מתקדם ובינה מלאכותית בהתמודדות עם שינויי האקלים.
בפעם הבאה שמוצרי שמן דקלים יופיעו על המדפים, כדאי לזכור שממקורות השאריות של התעשייה, מדענים מפתחים כלים חדשניים להסרת פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה באופן פעיל, מולקולה אחר מולקולה.
