Top

أبحاث مبتكرة في عمليات الفصل الصناعي ذات الاستهلاك الكثيف للطاقة

12 مارس 2017 فعاليات

رحبت الجامعة بخبراء عالميين من الوسطين الأكاديمي والصناعي في مجال الأغشية والمواد المسامية لحضور مؤتمر أبحاث بعنوان "أفق المواد الجديدة من أجل عمليات الفصل الصناعية ذات الاستهلاك الكثيف للطاقة"

​​​​​
عقد مركز الأغشية المتطورة والمواد المسامية (AMPM) في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية مؤتمر الأبحاث: "أفق المواد الجديدة من أجل عمليات الفصل الصناعي ذات الاستهلاك الكثيف للطاقة" في الحرم الجامعي، وذلك من 20 إلى 23 فبراير. وجمع المؤتمر خبراء عالميين من الوسطين الأكاديمي والصناعي في مجال الأغشية والمواد المسامية لثلاثة أيام من المناقشات والفعاليات، تشمل جلسة ملصقات في 21 فبراير.

قال إنغو بيناو، المدير المؤسس لمركز الأغشية المتطورة والمواد المسامية وأستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية: "كان الهدف من المؤتمر تقديم منتدى فريداً من نوعه للباحثين من الوسطين الأكاديمي والصناعي لمناقشة مواضيع الأبحاث عالية التأثير في علم المواد المتطورة، مع تركيز خاص على حلول محتملة لعمليات الفصل الصناعية عالية الكفاءة في ترشيد استهلاك الطاقة. وتميّز المؤتمر، الذي ركّز على عمليات الفصل عالية التأثير والبيئة النظيفة التي تجرى في المملكة العربية السعودية، بجلسات خاصة عن عمليات فصل الغاز الطبيعي وعمليات الفصل البتروكيماوية واستخلاص غاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه".

إنغو بيناو، المدير المؤسس لمركز الأغشية المتطورة والمواد المسامية وأستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية متحدثاً في 20 فبراير أثناء مؤتمر الأبحاث:" أفق المواد الجديدة من أجل عمليات الفصل الصناعية ذات الاستهلاك الكثيف للطاقة" الذي نظمه مركز الأغشية المتطورة والمواد المسامية في الجامعة. ​

​
وأضاف بيناو: "من الصعب جداً طرح تقنيات جديدة في سوق محافظة كمعالجة البترول. وكانت تقنية الفصل عالية الكفاءة في ترشيد استهلاك الطاقة من التقنيات التي يجب طرحها نظراً إلى أن عمليات الفصل الصناعية تستهلك حوالي 10 بالمئة من الطاقة في الولايات المتحدة".

"حب" للأغشية

 قال وليام كوروس، أحد المتحدثين الرئيسيين في المؤتمر، وأستاذ كرسي أبحاث روبرتو سي جويزويتا للتميز في الهندسة الكيميائية في معهد جورجيا للتقنية، والعالم البارز في مجال الأغشية في تحالف أبحاث جورجيا: "أحب الأغشية، فقد قضيت نصف حياتي وأنا أعمل في هذا المجال". ويذكر أن كوروس حصل مؤخراً على جائزة التميز من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية نظراً إلى إسهاماته الكبيرة وشراكته كجزء من الرحلة التاريخية للجامعة.

ويليام كوروس، أستاذ كرسي أبحاث روبرتو سي جويزويتا للتميز في الهندسة الكيميائية في معهد جورجيا للتقنية، والعالم البارز في مجال الأغشية في تحالف أبحاث جورجيا، متحدثاً في مؤتمر الأبحاث: "أفق المواد الجديدة من أجل عمليات الفصل الصناعية ذات الاستهلاك الكثيف للطاقة" الذي نظمته جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية. ​

​
وركزت الكلمة الرئيسية لكوروس على أغشية منخل الكربون الجزيئي، بما يشمل بنيتها وتطبيقاتها في عمليات فصل الغاز.وقال شارحاً: "علينا أن نترجم المواد المتطورة إلى وحدت أغشية اقتصادية كبيرة الحجم، إذا أردنا إحداث تأثير فعلي. ولكن قضية قابلية التطوير تمثل حقيقة مزعجة، مما يعطي الترجمة إلى المجال الصناعي أولوية كبيرة بالنسبة للمهتمين بعملية الفصل".

وقال شارحاً: "لا بد من التوصيف الذي يتخطى التصوير المجهري التقليدي والتبعثر والتصوير الطيفي، وذلك لهندسة التمييز من مرتبة أجزاء الأنغستروم لدى المواد المخترِقة لأغشية منخل الكربون الجزيئي. ويتغلب استخدام الكربون على العقبات التي تحدّ من استخدام المواد المتطورة الأخرى. وأعتقد أن غشاء منخل الكربون الجزيئي سيغيّر كل شيء، فهذه الأغشية هي الرائدة في عصر الأغشية الجديد، وستقدم تطورات تقنية في عمليات فصل الغاز ذات الاستهلاك الكثيف للطاقة".

استكشاف الأطر المعدنية العضوية

وفي محاضرته "الكيمياء اللاعضوية في مسامات الأطر المعدنية العضوية"، شرح الأستاذ المشارك كريستيان دونان من جامعة أديليد (أستراليا) بإيجاز خواص مواد الأطر المعدنية العضوية، المشهورة بمساحة سطحها فائقة الاتساع وخواص تخزين الغازات وفصلها، التي تمثل أحد المجالات التي تركز عليه أبحاث مركز الأغشية المتطورة والمواد المسامية.

وشرح دونان: "يُعدّ الصفّ ما بعد الاصطناعي للمسامات بأيونات معدنية من استراتيجيات تعزيز خواص أداء الأطر المعدنية العضوية. ونحن نعمل حالياً على إدراك تفاعلية الأيونات المعدنية في فراغات المسام، ونعلم أن التفاعلات في الفراغات المقيدة قد تفضي إلى نتائج غير متوقعة. وقد تكون الأطر المعدنية العضوية مرنة، علماً أننا نستطيع استكشاف هذه المرونة أكثر من خلال استخدام تصوير البلورات بالأشعة السينية. ومن الممكن إدراك رؤى عديدة من الرؤى الهيكلية الناتجة عن تصوير البلورات بالأشعة السينية للأطر المعدنية العضوية".


KAUST welcomed international experts from the membranes and porous materials fields for the Advanced Membranes and Porous Materials Center Research Conference: New Materials Horizon for Energy-Intensive Industrial Separations from February 20 to 23.


أعمال الأطر المعدنية العضوية في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية

في كلمته التي عنوانها "المناخل الجزيئية للأطر المعدنية العضوية للتصدي لتحديات عمليات فصل الغاز/ البخار: حقيقة أم خيال؟"، تحدث أيضاً الدكتور يوسف بلمبخوت، وهو عالم أبحاث رئيسي في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية، وأحد أعضاء مجموعة تصميم المواد الوظيفية واكتشافها وتطويرها (FMD3) التي يرأسها البروفيسور محمد الداوودي، عن الأطر المعدنية العضوية.

وأشار د. بلمبخوت إلى أن: "فصل الجزيئات التي تمتاز بخواص فيزيائية متقاربة مهمة صعبة، وتجرى عادة باستخدام تقنيات ذات استخدام كثيف للطاقة. وبعد أكثر من ستة عقود من الاستخدام الثوري لمناخل الزيوليت الجزيئية لفصل الجزئيات المتشابهة فيزيائياً ضمن حدود فرق في الحجم لا يزيد عن أنغستروم واحد، بدأ الباحثون حالياً بتطوير الفصل بالتنخيل ليصل إلى أجزاء من الأنغستروم. ويفسح هذا إمكانية استخدام تقنيات الامتزاز ذات الكفاءة في ترشيد استهلاك الطاقة إلى حد بعيد".
"لقد طورنا في فريق تصميم واكتشاف وتطوير المواد الوظيفية منصات أطر معدنية عضوية انضباطية المجال تمتاز بخواص جوهرية عديدة مثيرة للاهتمام، وذلك بغية السعي لإنجاز عملية الفصل الصعبة لإيزوميرات هامة في الصناعات البترولية والبتروكيماوية. وتبدي منصاتنا تحكماً هيكلياً أمثل على المستوى الجزيئي، وهذا مفيد لأن لكل تطبيق مستلزماته الخاصة. ويركز عملنا الآن على الجيل الثالث من الأطر المعدنية العضوية".

نظم مركز الأغشية المتطورة والمواد المسامية في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية مؤتمر أبحاث بعنوان: "أفق المواد الجديدة من أجل عمليات الفصل الصناعي ذات الاستهلاك الكثيف للطاقة في الحرم الجامعي، وذلك من 20 إلى 23 فبراير. وجمع المؤتمر خبراء عالميين من الوسطين الأكاديمي والصناعي في مجال الأغشية والمواد المسامية لثلاثة أيام من المناقشات والفعاليات، تشمل جلسة ملصقات في 21 فبراير. ​​


عمل تعاوني

وأشار المتحدث البروفيسور إيريك فافر من جامعة لورين (فرنسا) إلى أن عملية فصل الغاز باستخدام الأغشية عملية هامة في عمليات الفصل الصناعية".

وقال فافر: "تعتبر متطلبات الطاقة من القضايا الهامة بالنسبة لكفاءة الفصل، لأن هذه العمليات مكلفة. لقد تطورت عملية فصل الغاز بالأغشية بفضل تنسيق عن كثب بين علم المواد والهندسة الكيميائية، ولكننا نعاني من ندرة موردي مواد ومعدات الأغشية اللازمة لهذه العملية".

وتابع كلامه قائلاً: "أعتقد أن فصل الغاز بالأغشية يمثل مجالاً جديداً للمستقبل، قد يتمخض عن تطورات مفاجئة على صعيد كفاءة المنتج. ولكن طريق الوصول إلى التطوير الصناعي طريق طويل معقد يستلزم الكثير من العمل البحثي في علم المواد. ويجب أن نستخدم هندسة نظام العمليات في تحسين عملية الفصل وتقييم الأغشية انتقائياً. وعملنا تعاوني بطبيعته، لأننا ينبغي أن نعمل مع علماء المواد على ابتكار عمليات فصل للغازات تمتاز بكفاءة في ترشيد استهلاك الطاقة. ولا ينبغي أن نراعي كفاءة ترشيد استهلاك الطاقة فحسب، بل ينبغي أن نراعي الكلفة الإجمالية للعملية والنقاء والإصلاح والإنتاجية أيضاً".

نظم مركز الأغشية المتطورة والمواد المسامية في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية مؤتمر أبحاث بعنوان: "أفق المواد الجديدة من أجل عمليات الفصل الصناعي ذات الاستهلاك الكثيف للطاقة في الحرم الجامعي، وذلك من 20 إلى 23 فبراير. وجمع المؤتمر خبراء عالميين من الوسطين الأكاديمي والصناعي في مجال الأغشية والمواد المسامية لثلاثة أيام من المناقشات والفعاليات، تشمل جلسة ملصقات في 21 فبراير. ​


"بدائل تقلب الوضع رأساً على عقب"

قال البروفيسور أندرو ليفنغستون، مدير مركز بارر وقسم الهندسة الكيميائية في كلية لندن الإمبراطورية أثناء محاضرته التي كان عنوانها: "أغشية البوليمر المتطورة من أجل عمليات الفصل الجزيئية في السوائل العضوية": "تمتاز الأغشية بتأثر كبير على عمليات الفصل الجزيئية في الأنظمة المائية، وخاصة في عملية تحلية المياه المالحة".

وأشار إلى أنه "يُخصص ما يتراوح بين 40 و70 بالمئة من رأس المال والنفقات التشغيلية في الصناعات الكيماوية والبتروكيماوية لعمليات الفصل، مع تخصيص جزء لا يستهان به من الكلفة لمعالجة السوائل العضوية".

وأضاف: "تمتاز تقنية الأغشية بإمكانية تقديم بدائل لتقنيات التركيز والتنقية التقليدية كالامتزاز والفصل الكروماتوغرافي واستخلاص السائل والتبخر والتقطير من خلال عملية الترشيح النانوي باستخدام مذيب عضوي (OSN). ومن شأن هذه البدائل أن تقلب الوضع رأساً على عقب. ويستلزم ذلك أن تتمتع الأغشية بالمرونة في البيئات العضوية، وأن تمتاز باختياريات جذابة ومنافذة جيدة، وأن تكون، في الحالة المثالية، مقاومة للتأثر بمرور الزمن وللانسداد بفعل الاستخدام".
وأضاف: "عندما تتحقق المنافذة المفيدة، ستبرز الحاجة إلى المزيد من الابتكارات لمعالجة تأثر المواد بمرور الزمن، مما يؤدي إلى عمليات أفضل، أي على صعيد تحسين دقة الفصل وإطالة عمر الخدمة وزيادة الاستقرار الكيميائي".


Students, postdoctoral fellows, researchers and visiting academics took part in a poster session and a dinner reception on February 21 as part of the KAUST Research Conference: New Materials Horizon for Energy-Intensive Industrial Separations.​​


أغشية أفضل – مستقبل أفضل

قال بيناو: "نحتاج إلى أغشية ومواد أفضل من أجل المستقبل، وينبغي أن نفكر أكثر بتجريب تطبيقات جديدة لهذه الأغشية، مع التركيز على أغشية أكثر انتقائية لهذه التطبيقات. لقد صُمم مركز الأغشية المتطورة والمواد المسامية للقيام بجهود تعاونية، ولذلك يمكننا الجمع بين معرفتنا الكيماوية ومعرفتنا الهندسية لتحقيق إنجازات في مجال الأبحاث. ومن الهام أن ندرك كيمياء الأغشية وتطبيقاتها، ونحن ندرك أيضاً أننا ينبغي أن تتخذ عدة خطوات قبل طرح أي مادة للاستثمار التجاري".

وأشار كوروس إلى أن: " جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية باتت رائدة على مستوى العالم في أبحاث الأغشية والمواد المسامية، وأصبحت جزءاً من شبكة الأبحاث العالمية، وتتعامل مع بنود ذات صلة بالطاقة. وبفضل مركز الأغشية المتطورة والمواد المسامية، تتمتع الجامعة بالعمق واتساع الأفق والخبرات اللازمة لهذا الحقل فائق الأهمية".

  

​​
​