ملخصات الأبحاث

أغشية ذات فتحات مسامية مبتكرة لإنتاج غاز طبيعي أعلى قيمة

.S. Zhou et al

  • Published online:

يتطلب استخدام الغاز الطبيعي كوقود خام، وكبديل عن الفحم والنفط، عزلَ مكونه الرئيس، أي الميثان، على نحو يتركه بدرجة عالية من النقاء. ويخفف النيتروجين تحديدًا حرارة احتراق الغاز الطبيعي، لذا، تعد إزالته من الغاز الطبيعي بالغة الأهمية. غير أنَّ خمول النيتروجين وتشابهه مع الميثان في حجم حركية جسيماته وقابليته للاستقطاب وفي نقطة الغليان، كلها عوامل تُشكِّل تحديات كبيرة أمام ابتكار آليات لإزالة النيتروجين باستهلاكِ أقل قدر ممكن من الطاقة.

وفي هذا البحث المنشور، يستعرض الباحثون غشاءً مكونًا من إطار فلزي عضوي (يُعرَف اختصارًا بـMOF) ذي جزيئاتٍ رابطة قابلة للتعديل قائمة على مُركب الفومارات (fum) وحمض الميساكونات (mes)، ويُرمَز إليه بالصيغة الكيميائية Zr-fum67-mes33-fcu-MOF، ويتسم بنوع من الفتحات المسامية متخصص في إزالة النيتروجين من الغاز الطبيعي بفاعلية. ويُسفر إضفاء عدم التماثل بصورة متعمَّدة على فتحاته المسامية الأولى التي تأخذ شكل نبات ثلاثي الوريقات، عن عدم انتظام في شكله، وهو ما يعيق انتقال الميثان رباعي السطوح مع السماح للنيتروجين ذي الذرات المترابطة خطيًا بالنفاذ. إذ يحقق الغشاء Zr-fum67-mes33-fcu-MOF درجة عالية وغير مسبوقة من القدرة على انتقاء النيتروجين أو الميثان ويسمح بنفاذ النيتروجين تحت ضغوط تصل قيمتها الفعلية إلى 50 بارًا، وهو ما يسفر عن إزالة كلٍّ من ثاني أكسيد الكربون، والنيتروجين من الغاز الطبيعي.

ويُظهر تحليل تقني اقتصادي أنَّ تلك الأغشية تُتيح تقليل تكاليف تنقية الميثان بنسبة تبلغ حوالي 66% في حال إزالة النيتروجين، وحوالي 73% في حال إزالة ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين معًا في آن واحد، وذلك مُقارنةً بتقنيات التقطير شديد البرودة وتقنيات احتجاز ثاني أكسيد الكربون القائمة على الأمينات.