ابتكر الباحثون محفزًا قائمًا على الحديد يتحكم في تفاعل الميثان الشديد، مما يفتح الباب أمام الغاز الطبيعي ليكون بمثابة مادة خام مستدامة للمواد الكيميائية عالية القيمة، بما في ذلك الأدوية.

الغاز الطبيعي هو أحد موارد الطاقة الأكثر وفرة على وجه الأرض، ويتكون بشكل رئيسي من الميثان والإيثان والبروبان. على الرغم من أنه يتم حرقه عادة للحصول على الطاقة ويساهم في انبعاثات الغازات الدفيئة، فقد بحث الباحثون منذ فترة طويلة عن طرق لتحويل هذه الهيدروكربونات المستقرة إلى مواد كيميائية مفيدة بدلا من ذلك. وقد أدى تفاعلها المنخفض إلى جعل تحقيق هذا الهدف صعبا، مما يحد من استخدام الغاز الطبيعي كنقطة انطلاق مستدامة للتصنيع الكيميائي.

قدمت مجموعة بحثية بقيادة مارتن فانياس في مركز أبحاث الكيمياء البيولوجية والمواد الجزيئية (CiQUS) بجامعة سانتياغو دي كومبوستيلا، طريقة للتغلب على هذا الحاجز. ويعمل نهجهم على تحويل الميثان وغيره من مكونات الغاز الطبيعي إلى “لبنات بناء” كيميائية مرنة يمكن استخدامها لإنتاج منتجات عالية القيمة، بما في ذلك الأدوية. العمل الذي نشر في تقدم العلوميمثل خطوة مهمة نحو صناعة كيميائية أكثر كفاءة ومسؤولة بيئيًا.

وفي عرض رئيسي، أنتج فريق CiQUS المركب النشط بيولوجيًا ديمسترول، وهو هرمون الاستروجين غير الستيرويدي المستخدم في العلاج الهرموني، مباشرة من الميثان. يوضح هذا الإنجاز كيف يمكن لتقنيتهم ​​أن تولد جزيئات معقدة وقيمة من مورد بسيط وغير مكلف.

ترويض الجذور الحرة لفتح مسارات كيميائية جديدة

ركز الباحثون نهجهم على تفاعل يعرف باسم الأليلة، والذي يضيف “مقبض” كيميائي صغير (مجموعة أليل) إلى جزيء الغاز. تعمل هذه المجموعة المضافة كمرساة مرنة تسمح ببناء العديد من المنتجات المختلفة في خطوات لاحقة، بما في ذلك المكونات الصيدلانية والمواد الكيميائية الصناعية الشائعة. حتى الآن، كانت العقبة الرئيسية هي أن النظام الحفاز غالبًا ما يولد منتجات ثانوية مكلورة غير مرغوب فيها، مما أدى إلى تعطيل العملية برمتها.

للتغلب على هذه العقبة، قام الفريق بتصميم محفز فوق جزيئي مصمم خصيصًا. “يكمن جوهر هذا الإنجاز في تصميم محفز يعتمد على أنيون رباعي كلورو فيرات المستقر بواسطة كاتيونات الكولدينيوم، والذي يعدل بشكل فعال تفاعلية الجذور الجذرية”. صِنف يشرح البروفيسور فانيناس: “يتم توليدها في وسط التفاعل. “إن تكوين شبكة معقدة من الروابط الهيدروجينية حول الحديد ذرة يحافظ على تفاعل التحفيز الضوئي المطلوب لتنشيط الألكان، بينما يقوم في نفس الوقت بقمع ميل المحفز للخضوع لتفاعلات الكلورة المتنافسة. وهذا يخلق بيئة مثالية لمواصلة تفاعل التحالف الانتقائي.

وبالإضافة إلى فعاليتها، تتميز هذه الطريقة باستدامتها. ويستخدم الحديد – وهو معدن رخيص ومتوافر وأقل سمية بكثير من المعادن الثمينة المستخدمة عادة في الحفز الكيميائي – ويعمل في ظل ظروف درجة حرارة وضغط معتدلة، مدعومًا بضوء LED. وهذا يقلل بشكل كبير من التأثير البيئي وتكاليف الطاقة.

يعد هذا العمل جزءًا من خط بحثي أوسع يموله مجلس البحوث الأوروبي (ERC)، ويركز على ترقية المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي. في تقدم تكميلي نشر في تقارير الخلية في العلوم الفيزيائية، قدم نفس الفريق طريقة للربط المباشر بين هذه الغازات حامض الكلوريدات، مما ينتج عنه كيتونات ذات صلة صناعيًا في خطوة واحدة. كلتا الدراستين، المستندتين إلى استراتيجيات التحفيز الضوئي، تضعان CiQUS كشركة رائدة في تطوير حلول كيميائية مبتكرة لتسخير المواد الخام الوفيرة.

تحويل الغاز الطبيعي إلى مواد كيميائية وسيطة متعددة الاستخدامات

إن القدرة على تحويل الغاز الطبيعي إلى مواد كيميائية وسيطة متعددة الاستخدامات تفتح إمكانيات جديدة للصناعة، وتضع الأساس لاستبدال مصادر البتروكيماويات تدريجياً ببدائل أكثر استدامة.

المرجع: ستشعر بالماجستير، 7 نوفمبر 2025، تقدم العلوم.
دوى: 10.1126/sciadv.aea0783

أصبح هذا البحث المتطور ممكنًا بفضل بيئة التميز في CiQUS، التي حصلت على اعتماد CIGUS من الحكومة الجاليكية، اعترافًا بجودة أبحاثها وتأثيرها.

يتلقى المركز دعمًا ماليًا حاسمًا من الاتحاد الأوروبي من خلال برنامج Galicia FEDER 2021-2027، مما يتيح التقدم العلمي مع إمكانية النقل والتأثير الاجتماعي والاقتصادي.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل, يكتشف، و أخبار.