تُطلق مدن أوروبا كميات هائلة من غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي. وتُعدّ خدمتان حضريتان أساسيتان - حرق النفايات ومعالجة مياه الصرف الصحي - من بين أكبر المساهمين في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البلدية في الاتحاد الأوروبي.
تُعدّ هذه الأنظمة حيوية للصحة العامة والحياة الحضرية، ومع ذلك فهي تُنتج انبعاثات يصعب التخلص منها تمامًا. ولكن ماذا لو لم يكن من الضروري أن يذهب ثاني أكسيد الكربون هذا هدرًا؟
يمثل تلوث الكربون الحضري فرصةً لمجموعة دولية من الباحثين. فمن خلال العمل المشترك في مبادرة WaterProof الممولة من الاتحاد الأوروبي، يعملون على تطوير طريقة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون الناتج عن هذه العمليات وتحويله إلى حمض الفورميك: وهو مادة كيميائية بسيطة ومتعددة الاستخدامات تُستخدم في العديد من الصناعات.
وهذا من شأنه أن يسمح بتحويل الانبعاثات من محارق النفايات ومياه الصرف الصحي إلى منتجات التنظيف الموجودة تحت حوض المطبخ، أو حتى الجلد الموجود على أحذيتنا.
تحويل المشكلة إلى مورد
تركز الجهود المبذولة لمواجهة تغير المناخ بشكل كبير على الطاقة المتجددة والكهرباء وتحسين الكفاءة. لكن بعض المصادر لا تزال عصية على التخلص منها.
"بعض الانبعاثات يصعب إيقافها"، هذا ما قالته أنيلي جونجيريوس، وهي كيميائية كهربائية ومديرة برامج في شركة أفانتيوم الهولندية للمواد الكيميائية، التي تنسق البحث.
أحد الخيارات المتاحة هو التقاط ثاني أكسيد الكربون وتخزينه تحت الأرض. لكن فريق ووتربروف يبحث عن بديل أكثر استدامة: وهو إبقاء الكربون قيد الاستخدام بدلاً من تخزينه.
قال جونجيريوس: "سيكون من الأفضل لو استطعنا استخدامه. وفي الوقت نفسه، نحتاج إلى بدائل للمواد الخام الأحفورية لإنتاج المواد الكيميائية".
"
إذا قمت بأخذ ثاني أكسيد الكربون من مياه الصرف الصحي، وتحويله إلى منتج، ثم استخدام هذا المنتج لتنظيف المرحاض بحيث يتدفق مرة أخرى إلى نظام مياه الصرف الصحي، فإنك بذلك تخلق حلقة كاملة.
ويتجلى هذا التحدي بشكل خاص في مرافق مثل تلك التي تديرها شركة إدارة النفايات الهولندية HVC، والتي تدير محرقتين رئيسيتين للنفايات في هولندا.
قال يان بيتر بورن، مدير ابتكار تحويل النفايات إلى طاقة في شركة HVC: "علينا استيعاب كل النفايات التي ينتجها المجتمع. ليس لدينا أي وسيلة لتنظيم انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، باستثناء تشجيع الناس على الشراء بكميات أقل وإعادة التدوير بشكل أكبر".
تقوم شركة HVC بالفعل باحتجاز بعض ثاني أكسيد الكربون وبيعه لمزارعي البيوت الزجاجية، الذين يستخدمونه لزيادة إنتاجية محاصيل مثل الطماطم والخيار. لكن هذا ليس سوى حل جزئي.
وأوضح بورن قائلاً: "يُعاد إطلاق معظم ثاني أكسيد الكربون المُضاف إلى النباتات عبر سقف الدفيئة. ومن وجهة نظرنا القانونية، يُعتبر هذا انبعاثاً متأخراً. فالمزارع هو من يحقق خفض الانبعاثات لأنه يتجنب استخدام الغاز لإنتاج ثاني أكسيد الكربون."
يهدف باحثو شركة WaterProof إلى الذهاب خطوة أبعد من خلال تحويل الكربون المحتجز إلى منتجات مفيدة تبقيه بعيدًا عن الغلاف الجوي لفترة أطول.
من ثاني أكسيد الكربون إلى منتجات التنظيف
يكمن جوهر ابتكار WaterProof في عملية كهروكيميائية تحول ثاني أكسيد الكربون المحتجز إلى حمض الفورميك باستخدام الكهرباء المتجددة.
قال جونجيريوس: "إنها واحدة من أبسط عمليات التحويل التي يمكنك القيام بها".
يُحفّز تيار كهربائي التفاعل في خلية متخصصة، مما يؤدي إلى اختزال ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الفورميك. ولأن النظام يعمل بالكهرباء المتجددة ويستخدم الكربون المُستخلص من النفايات، فإنه يقلل الاعتماد على المواد الخام المشتقة من الوقود الأحفوري.
قد تُوفر هذه العملية فوائد إضافية. ففي الخلية الكهروكيميائية، يحدث تفاعلان في الوقت نفسه، أحدهما عند كل قطب كهربائي. وبينما يُركز فريق WaterProof على تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الفورميك، فقد بحثوا أيضًا إمكانية دمج هذا التفاعل مع تفاعل ثانٍ يُنتج بيروكسيد الهيدروجين ومركبات ذات صلة.
يمكن لهذه المواد أن تساعد في تحليل الملوثات المستعصية في مياه الصرف الصحي، بما في ذلك مخلفات الأدوية والمبيدات الحشرية. مع ذلك، لا يزال هذا الجزء من العملية في مراحله الأولى، ولم يُطبّق في النظام التجريبي الحالي.
يقوم الفريق باختبار حمض الفورميك المشتق من ثاني أكسيد الكربون في منتجات التنظيف الصديقة للبيئة مثل منظفات المراحيض والأسطح.
قال جونجيريوس: "إنه يؤدي نفس وظيفة حمض الفورميك المنتج بالطرق التقليدية تماماً. إنه نفس الجزيء".
إلى جانب التنظيف، يستكشف المشروع استخدام حمض الفورميك المُستخلص من ثاني أكسيد الكربون في دباغة الجلود. ورغم إمكانية استخدام هذا الحمض مع جميع أنواع الجلود، إلا أن الفريق يعمل حاليًا مع شركة "نورديك فيش ليذر" الأيسلندية لطرح جلد السمك الصديق للبيئة - وهو بديل أكثر استدامة للجلود التقليدية المصنوعة من الماشية - في السوق.
التوسع لتحقيق تأثير حقيقي في العالم الحقيقي
على الرغم من أن الكيمياء واعدة، إلا أن التوسع هو التحدي التالي.
استنادًا إلى أبحاث سابقة ممولة من الاتحاد الأوروبي، يعمل الفريق حاليًا على وحدة تجريبية واسعة النطاق، حيث تُكدّس خلايا كهروكيميائية متعددة معًا، مما يزيد من حجم ثاني أكسيد الكربون الذي يمكن معالجته. وإذا تكللت هذه الجهود بالنجاح، فسوف تمهد الطريق أمام إنشاء محطات على نطاق تجاري.
يُتيح التصميم المعياري إمكانية تكييف النظام مع مواقع مختلفة، بدءًا من محطات معالجة مياه الصرف الصحي وصولًا إلى محارق النفايات. والهدف هو إثبات جدوى عملية "واتربروف" في صيف عام 2026، لإظهار إمكانية تشغيل سلسلة إنتاج خالية من الوقود الأحفوري في ظروف واقعية.
يمكن دمج هذه الأنظمة في نهاية المطاف في البنية التحتية الحضرية، مما يحول المدن إلى مراكز لإنتاج المواد الكيميائية الدائرية بدلاً من كونها مصادر للانبعاثات.
استخلاص المواد القيّمة من النفايات
لا تقتصر إمكانات العمل الجاري على إعادة استخدام الكربون فحسب، بل يبحث الباحثون أيضاً في كيفية استخدام حمض الفورميك لاستخلاص مواد قيّمة من النفايات.
من خلال دمجها مع مركبات أخرى، يقومون بتطوير مذيبات يوتكتيكية عميقة - سوائل منخفضة السمية قادرة على إذابة المعادن الموجودة في النفايات والارتباط بها بحيث يمكن استخلاص المعادن.
"
ليس لدينا أي وسيلة لتنظيم انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، باستثناء تشجيع الناس على شراء كميات أقل وإعادة تدوير المزيد.
ينتهي المطاف بالعديد من المواد القيمة في رماد المحارق وحمأة مياه الصرف الصحي، بما في ذلك النحاس والليثيوم والكوبالت وحتى كميات صغيرة من الذهب - وكلها مواد بالغة الأهمية للتقنيات الحديثة والتحول الأخضر.
تستخدم تقنية التبخير الحراري العالي (HVC) بالفعل عمليات ميكانيكية لاستخلاص المعادن، حيث تفصل الجزيئات الأثقل عن الرماد في عملية مشابهة لغسل الذهب. إلا أن هذه العملية تُنتج تيارات معدنية مختلطة أقل قيمة. وقد تُتيح المذيبات الجديدة فصلًا أكثر دقة.
قال بورن: "يمكن تصميم هذه المذيبات اليوتكتيكية لاستهداف معادن محددة. وهذا يعني أنه يمكنك استخلاص مواد فردية بدلاً من الخلائط، مما يزيد من قيمتها".
مع ذلك، لا تزال الظروف الاقتصادية تشكل عائقاً. وأوضح بورن أن الذهب هو المعدن الوحيد المستخلص الذي يحظى بسعر معقول. أما بالنسبة للعديد من المعادن الأخرى، بما في ذلك العناصر الأرضية النادرة، فلا يزال سعر السوق منخفضاً للغاية بحيث لا يبرر التكلفة.
يثير هذا الأمر تساؤلات أوسع نطاقاً حول السياسات والأولويات، لا سيما مع استمرار نمو الطلب على المواد الحيوية: إلى أي مدى ترغب المجتمعات في دعم عملية التعافي من النفايات، وما إذا كان ينبغي أن تتفوق القيمة الاستراتيجية على القرارات التي تحركها السوق بشكل بحت.
إغلاق حلقة
يكتسب هذا النوع من التفكير القائم على تحويل النفايات إلى موارد زخماً في جميع أنحاء أوروبا. وتهدف القواعد الجديدة للاتحاد الأوروبي، المزمع تطبيقها في عام 2026، إلى جعل المواد المعاد تدويرها متاحة على نطاق أوسع، واستخدامها على نطاق أوسع أيضاً.
وإذا نجحت هذه الجهود، فبإمكانها المساعدة في تحويل الأفكار الدائرية مثل تلك التي تقف وراء WaterProof إلى واقع يومي، مما يدعم طموح أوروبا في قيادة العالم في الإنتاج الدائري بحلول عام 2030.
من خلال ربط احتجاز الكربون، وإنتاج المواد الكيميائية، ومعالجة المياه، واستعادة المواد، يجمع الباحثون عناصر متعددة من تلك الرؤية في نظام واحد.
بالنسبة لجونغيريوس، فإن المفهوم عملي ورمزي في آن واحد.
وقالت: "إذا أخذت ثاني أكسيد الكربون من مياه الصرف الصحي، وحولته إلى منتج، ثم استخدمت هذا المنتج لتنظيف المرحاض بحيث يعود إلى نظام الصرف الصحي، فإنك بذلك تخلق حلقة كاملة. إنه المثال الأمثل للاقتصاد الدائري."
تم تمويل البحث الوارد في هذه المقالة من قِبل برنامج هورايزون التابع للاتحاد الأوروبي. لا تعكس آراء المشاركين في المقابلات بالضرورة آراء المفوضية الأوروبية. إذا أعجبتك هذه المقالة، يُرجى مشاركتها على وسائل التواصل الاجتماعي.
