یکی از بزرگترین چالش های پیش روی بشر در عصر ما بدون شک تغییرات آب و هوایی است. با وجود دی اکسید کربن بیش از حد (CO2) در اتمسفر که باعث ایجاد اثر گلخانه ای و گرم شدن سیاره می شود، راه حل این گرمایش جهانی لزوماً روشن نیست اگرچه بسیاری از دانشمندان در حال کشف راهکارهایی برای مقابله با این مشکل هستند. با این حال، طبق یک مطالعه جدید از دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، تکنولوژی پرینت سه بعدی می‌تواند در این زمینه نقش داشته باشد. محققان نشان داده اند که ساخت فیلترهای جذب دی اکسید کربن با استفاده از پرینت سه بعدی امکان پذیر است. 

همانطور که گفته شد گرمایش جهانی نتیجه مستقیم انتشار دی اکسید کربن اضافی در جو کره‌ی زمین در نتیجه فرآیندهای صنعتی و به ویژه استفاده از نفت است. در واقع، گزارش سالانه آزمایشگاه نظارت جهانی اداره ملی اقیانوسی و جوی (NOAA) نشان می دهد که میانگین دی اکسید کربن موجود در اتمسفر در سال 2022 به 417.06 قسمت در میلیون رسیده است که یک رکورد جدید و بیش از 50 درصد افزایش نسبت به سطوح قبل از صنعتی شدن است. ناگفته نماند که به دلیل جذب دی اکسید کربن در اقیانوس ها، افزایش 30 درصدی اسیدیته نیز مشاهده شده است. اما رفع این مشکلات چالش برانگیز است. اگرچه در حالت ایده‌آل، می‌توان استفاده از سوخت‌های فسیلی را که به این مشکل دامن می‌زنند، متوقف کرد، اما بسیاری افراد معتقد اند که این راهکار، شیوه‌ی کنونی زندگی ما را مختل خواهد کرد.

و اخیراً محققان ایالت کارولینای شمالی نشان داده‌اند که امکان ساخت فیلترهای جاذب دی اکسید کربن با چاپ سه بعدی وجود دارد؛ یا به طور دقیق تر، با پرینت سه بعدی یک ماده هیدروژل مخصوص که قادر به نگه داشتن کربنیک انیدراز است. این آنزیم از این جهت مهم است که قادر به سرعت بخشیدن به واکنشی است که در طی آن دی اکسید کربن و آب را به بی کربنات تبدیل می کند. جیالونگ شن، استادیار پژوهشی مهندسی نساجی، شیمی و علوم در ایالت NC و نویسنده اصلی این مطالعه توضیح داد: «این فرآیند تولید، با استفاده از چاپ سه بعدی، همه چیز را سریع‌تر و دقیق‌تر می‌کند. اگر به چاپگر و مواد اولیه دسترسی دارید، می توانید این ماده کاربردی را بسازید. ما هیدروژل را به گونه ای فرموله کردیم که از نظر مکانیکی به اندازه کافی قوی باشد که بتوان آن را چاپ سه بعدی کرد و همچنین در یک رشته پیوسته اکسترود شد."

چاپ سه بعدی فیلترهای جذب دی اکسید کربن

همانطور که گفته شد، محققان به چاپ سه بعدی روی آوردند زیرا این روش سریعترین و کاربردی ترین روش برای ایجاد فیلترهای دی اکسید کربن بود. به طور خاص، آنها به فرآیندی روی آوردند که تقریباً به نظر می رسد ترکیبی بین چاپ سه بعدی اکستروژن و فوتوپلیمریزاسیون است. این کار با ایجاد یک "جوهر" چاپ سه بعدی از دو ترکیب آلی مختلف و کربنیک انیدراز انجام شد. سپس آنها توانستند رشته های نخ مانند هیدروژل را روی یک شبکه دو بعدی چاپ کنند در حالی که محلول را با نور UV جامد می کردند. ساخت هیدروژلی که نه تنها می تواند در یک رشته پیوسته اکسترود شود، بلکه به اندازه کافی قوی باشد که بتواند پرینت سه بعدی باشد، بسیار مهم بود. 

در مجموع به نظر می رسد که آنها موفق بوده اند. در واقع، در طی یک آزمایش در مقیاس کوچک، آنها توانستند 24 درصد از دی اکسید کربن موجود در یک مخلوط گاز را همانطور که در بیانیه مطبوعاتی گفته شد، جذب کنند. اگرچه این میزان کمتر از آزمایش‌های قبلی بود، اما این را می‌توان به این نکته نسبت داد که فیلتر کوچکتر از یک اینچ بود. علاوه بر این، می‌توان فیلترها را بزرگ‌تر کرد و به شکل‌های مختلف در یک ستون بزرگ قرار داد تا میزان جذب افزایش یابد. علاوه بر این، آزمایش دوام فیلتراسیون نشان داد که 52 درصد از عملکرد جذب کربن اولیه پس از بیش از 1000 ساعت همچنان حفظ شده بود.

نویسنده همکار این مطالعه و دانشیار مهندسی نساجی، شیمی و علوم در ایالت NC، Sonja Salmon، در نتیجه گفت: «این پروژه هنوز در مراحل اولیه است، اما یافته‌های ما نشان می‌دهد که راه‌های جدیدی برای ساخت مواد برای دستگاه‌های جذب کربن وجود دارد.» برای کسب اطلاعات بیشتر می‌توانید به تحقیق منتشر شده مراجعه کنید.