ابتكار كيميائي ثوري لتقليل البصمة الكربونية لصناعة الحديد

توصل باحثون من جامعة أوريغون إلى طريقة مبتكرة لإنتاج الحديد النقي باستخدام الماء المالح والصدأ، دون الحاجة إلى الأفران التقليدية كثيفة الكربو، هذه الطريقة المعتمدة على التفاعلات الكيميائية الكهربائية تمثل نقلة نوعية في جهود تقليل الانبعاثات الكربونية في صناعة الفولاذ، إحدى أكثر الصناعات تلويثا للبيئة عالميا.
- ابتكار كيميائي نظيف يعيد تشكيل صناعة الحديد
قاد الكيميائي بول كيمبلر وفريقه من جامعة أوريغون دراسة حديثة طوروا فيها طريقة كيميائية كهربائية لإنتاج الحديد من خلال تفاعل الماء المالح مع أوكسيد الحديد. تعتمد العملية على تفاعلات كيميائية منظمة تنتج الحديد النقي إلى جانب الكلور، وهو منتج ثانوي له قيمة تجارية.
نُشرت نتائج البحث في 9 أبريل في مجلة ACS Energy Letters، وتُعد خطوة كبيرة نحو صناعة فولاذ نظيفة وصديقة للبيئة.
- الحديد من مواد طبيعية غير معالجة
في بداية العمل، استخدم الفريق أوكسيدات حديدية نقية من شركات كيميائية. لاحقًا، تساءل الباحثون عن إمكانية استخدام مواد خام مستخرجة من الأرض مباشرة دون تنقية أو طحن مسبق، وهنا جاءت المفاجأة: بعض المواد الطبيعية أظهرت فعالية أكبر بكثير، ما دفع الفريق للبحث في سبب اختلاف النتائج.
- الشكل والهيكل أهم من الحجم
من خلال تجارب مخبرية دقيقة، اكتشف الباحثون أن العامل الأساسي المؤثر في كفاءة التفاعل ليس حجم جسيمات أوكسيد الحديد، بل شكلها ومساميّتها، الجسيمات المسامية وفرت مساحة سطحية أكبر، ما سمح بتفاعلات أسرع وإنتاج كميات أكبر من الحديد النقي.
يقول الباحث أندرو غولدمان: "كلما زادت المسامية، زادت سرعة إنتاج الحديد في مساحة صغيرة من الأقطاب الكهربائية، مما يقلل من تكلفة البناء والتشغيل على المستوى الصناعي".
- الجدوى الاقتصادية في قلب الابتكار
تُعد التكلفة أحد العوامل الحاسمة في نقل هذه التقنية إلى العالم الواقعي، فالمصانع الكهربائية ضخمة ومكلفة، وإذا لم تُنتج كميات كافية بسرعة، فإن استرداد الاستثمار يصبح غير مجدٍ، وهنا يظهر تفوق الجسيمات المسامية التي تسمح بعمليات إنتاج أسرع وأقل تكلفة، ما يجعل هذه التقنية منافسة للطريقة التقليدية المعتمدة على أفران الانفجار.
- ما السر الحقيقي؟ مساحة السطح
أوضح كيمبلر أن الفكرة لا تتعلق بجسيمات نانوية معينة، بل بالأحرى بمساحة السطح المتاحة للتفاعل، فكلما زادت المساحة السطحية في المواد المستخدمة، تحسن أداء التفاعل. وهذا يعني أن أوكسيدات حديد أخرى ذات بنية مسامية قد تكون مناسبة أيضًا، بشرط أن تكون رخيصة ومتوفرة وتقلل التأثير البيئي.
- شراكات علمية لتطبيق التكنولوجيا في الصناعة
لضمان قابلية التطبيق على نطاق واسع، يتعاون فريق جامعة أوريغون مع مهندسين مدنيين من جامعة ولاية أوريغون، وكذلك مع شركة متخصصة في تصنيع الأقطاب الكهربائية. هذه الشراكات تسهم في معالجة التحديات العلمية واللوجستية المرتبطة بتوسيع نطاق الإنتاج.
- إعادة التفكير في الصناعة بمنظور بيئي
يؤكد الباحث أندرو غولدمان أن هذا الابتكار يمثل نقطة انطلاق نحو مفهوم جديد للتكنولوجيا الصناعية: "لم نحل كل المشكلات بعد، لكن ما توصلنا إليه يثبت أن بالإمكان الجمع بين الصناعة والتكنولوجيا من جهة، والحفاظ على البيئة من جهة أخرى وهذا أمر رائع."

المصدر:  SciTechDaily.com