طريقة مبتكرة لإزالة أكاسيد النيتروجين المسببة للأمطار الحمضية

تسهم في القضاء على انبعاثاتها نتيجة احتراق الفحم

رسم يوضح الخطوات التي استخدمها الباحث أحمد إبراهيم
رسم يوضح الخطوات التي استخدمها الباحث أحمد إبراهيم
TT

طريقة مبتكرة لإزالة أكاسيد النيتروجين المسببة للأمطار الحمضية

رسم يوضح الخطوات التي استخدمها الباحث أحمد إبراهيم
رسم يوضح الخطوات التي استخدمها الباحث أحمد إبراهيم

في المصانع التي تستخدم الفحم كأحد مصادر الطاقة تتم معالجة أكاسيد النيتروجين، كأحد نواتج الاحتراق الثانوية غير المرغوب فيها، بتوظيف الأنظمة التي تُعرف باسم التخفيض التحفيزي الانتقائي (Selective Catalytic Reduction). إلا أن القلويات الموجود في محاصيل الكتلة الحيوية تعمل على إلغاء تنشيط المحفز المستخدم في تلك الأنظمة بعد فترة وجيزة، الأمر الذي ينبغي معه البحث عن محفز أكثر مقاومة للقلويات.
وتشير «الكتلة الحيوية» في صناعة الطاقة إلى المواد التي كانت حية إلى وقت قريب، والتي يمكن استخدامها كوقود، وتأتي في مقدمتها البقايا الزراعية، وكان يُعتقد أن أكاسيد النيتروجين، تمثل أحد نواتج احتراقها الثانوية، وأن ثاني أكسيد الكربون يأتي في المقدمة، لكن دراسة جديدة نُشرت في يونيو (حزيران) الماضي بدورية «رينيوابل إنيرجي - Renewable Energy» لباحث مصري بكلية الكيمياء والهندسة الكيميائية بجامعة كوينز ببلفاست بآيرلندا الشمالية، أثبتت أن أكاسيد النيتروجين تأتي في المقدمة، الأمر الذي يعطي زخماً للجهود الرامية للتوصل لحلول تقضي على انبعاثاتها في أثناء حرق الكتلة الحيوية، وهو ما شارك فيه الباحث أيضاً خلال الدراسة، بطرح أحد الحلول.
واستخدم الباحث جهاز مطياف الكتلة «Mass spectrometry» وهو وسيلة تحليلية لتحديد العناصر المكونة لمادة أو جزيء ما لاستكشاف نواتج حرق ثلاثة مخلفات ركزت عليها الدراسة هي: قشور البطاطا وقشور البرتقال وحشيشة الفيل، وكانت أكاسيد النيتروجين في المقدمة بنسبة 200 جزء من المليون (ppm) يليها ثاني أكسيد الكربون (187 ppm).

محفز دينوكس
وعملت عده مشروعات بحثية منها مشروع لقسم الهندسة الكيميائية بالجامعة التقنية في الدنمارك عام 2013 على تجربة استخدام محفز «دينوكس – DeNOx» المشكّل من البلاتنيوم وأكسيد التيتانيوم، ليعمل على اختزال أكاسيد النيتروجين عند حرق الكتلة الحيوية، لكن كان يعيب هذا البحث وغيره من الأبحاث التي عملت على تجربة محفزات تختزل أكاسيد النيتروجين، أنها استخدمت أكاسيد النيتروجين في صورته النقية، لاختبار كفاءة العامل المحفز في اختزاله.
ولكن ما يميز البحث الحالي هو تنفيذ تجربة حقيقية للحرق، تم خلالها اختبار كفاءة العامل المحفز في اختزال أكسيد النيتروجين عند وجوده وسط عناصر أخرى، كما تم الحصول على الأمونيا المستخدمة مع العامل المحفز بشكل غير مباشر، وليس بصورة مباشرة كما في البحث السابق.
يقول أحمد إبراهيم عثمان، الباحث في «جامعة كوينز» في بلفاسات لـ«الشرق الأوسط»: «في التجربة التي تم تنفيذها بالبحث يتم حرق المخلفات لتمر أكاسيد النيتروجين على مركب اليوريا، ومع درجات الحرارة العالية يحدث تفاعل تنتج عنه الأمونيا من اليوريا، ومن ثم تعمل الأمونيا في وجود العامل المحفز (دينوكس) على اختزال أكاسيد النيتروجين وتحويلها إلى نيتروجين وأكسجين».
واستُخدمت الأمونيا بمفردها في طريقة تُعرف باسم الاختزال الانتقائي غير الحفزي (SNCR) وفيها يتم حقن الأمونيا أو اليوريا مباشرةً في أفران الحرق وتُخلط مع غازات المداخن الساخنة، لتتفاعل الأمونيا مع أكاسيد النيتروجين لإنتاج الماء والنيتروجين، وتسهم تلك الطريقة في الحد من انبعاثات 90% من أكاسيد النيتروجين، غير أن الطريقة التي وصفها عثمان استطاعت اختزال كمية كبيرة من أكاسيد النيتروجين الناتجة عن حرق قشور البرتقال والبطاطس وحشيشة الفيل من 200 جزء من المليون (ppm) إلى 5 - 6 (ppm)، وهي نسبة ضئيلة جداً لا تسبب الأخطار التي يُخشى من أن تسبب أكاسيد النيتروجين في حدوثها.
وتؤدي أكاسيد النيتروجين إلى حدوث ظاهرة الأمطار الحمضية التي تسبب تأثيرات سلبية كبيرة على البيئة، كما يمكن أن تتسبب في حدوث ثقب بطبقة الأوزون، وتعوق هذه الأضرار التوسع في استخدام الكتلة الحيوية كأحد مصادر الطاقة المهمة.
واختار عثمان إجراء بحثه على مخلفات قشر البرتقال وقشر البطاطا باعتبارهما بقايا لأكثر المحاصيل استهلاكاً على مستوى العالم، واستُخدمت حشيشة الفيل كمصدر ثالث للمقارنة بين النتائج.
ويقول عثمان: «النتائج التي تحققت مع هذه المصادر الثلاثة تصلح للتطبيق مع أي بقايا زراعية، لأن أغلبها يشترك في احتوائه على عناصر الكربون (40%)، والهيدروجين (5.7%)، والنيتروجين (2%)، والكبريت (0.25%)».
ورغم أن الاستفادة من نواتج الحرق لم تكن ضمن أهداف البحث، فإن الباحث وجد قيمة مضافة لنواتج حرق قشر البطاطا. ويضيف: «وجدت أن رماد الحرق الخاص بقشر البطاطا يحتوي على نسبة 23.8% بوتاسيوم، وهو مخصب زراعي مهم».

دراسة جديدة
ويثني تامر إسماعيل، أستاذ مساعد الهندسة الكيميائية بكلية الهندسة جامعة قناة السويس، على كون الطريقة التي استخدمها الباحث قدمت تجربة حقيقية في أثناء الاحتراق، وتختزل أكاسيد النيتروجين بنسبة أكبر من طريقة الاختزال الانتقائي غير الحفزي (SNCR)، لكن يرى في تصريح خاص لـ«الشرق الأوسط»، أن مشكلة هذه الطريقة هي في ارتفاع التكلفة.
وتتفق جيهان قطب، المدرس بقسم الهندسة الكيميائية في كلية الهندسة بجامعة المنيا، مع الرأي السابق، وتتساءل في تصريح خاص لـ«الشرق الأوسط»، عن أسباب اختيار العامل المحفز «دينوكس» المشكل من البلاتنيوم وأكسيد التيتانيوم، وهو ذو سعر مرتفع جداً.
وتحمل دراسة جديدة للباحث أحمد إبراهيم عثمان سيتم نشرها قريباً، وتعد استكمالاً لهذه الدراسة، إجابة عن كثير من هذه الأسئلة. ويقول عثمان: «بالنسبة إلى ارتفاع تكلفة العامل المحفز، فإننا توصلنا إلى عامل محفز تم تحضيره من البقايا الزراعية، ليكون بديلاً للعامل المحفز دينوكس، وسيفيد ذلك بشكل كبير في تقليل التكلفة إلى حد كبير». ويهدف هذا العمل الجديد إلى تقليل التكلفة والوصول إلى نفس مواصفات العامل المحفز دينوكس.


مقالات ذات صلة

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

علوم النموذج تم تطويره باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

أنتجت مجموعة من العلماء هيكلاً يشبه إلى حد كبير الجنين البشري، وذلك في المختبر، دون استخدام حيوانات منوية أو بويضات.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم الهياكل الشبيهة بالأجنة البشرية تم إنشاؤها في المختبر باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء يطورون «نماذج أجنة بشرية» في المختبر

قال فريق من الباحثين في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة إنهم ابتكروا أول هياكل صناعية في العالم شبيهة بالأجنة البشرية باستخدام الخلايا الجذعية.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

تمكنت مجموعة من العلماء من جمع وتحليل الحمض النووي البشري من الهواء في غرفة مزدحمة ومن آثار الأقدام على رمال الشواطئ ومياه المحيطات والأنهار.

«الشرق الأوسط» (نيويورك)
علوم صورة لنموذج يمثل إنسان «نياندرتال» معروضاً في «المتحف الوطني لعصور ما قبل التاريخ» بفرنسا (أ.ف.ب)

دراسة: شكل أنف البشر حالياً تأثر بجينات إنسان «نياندرتال»

أظهرت دراسة جديدة أن شكل أنف الإنسان الحديث قد يكون تأثر جزئياً بالجينات الموروثة من إنسان «نياندرتال».

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

توصلت دراسة جديدة إلى نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات على كوكب الأرض مشيرة إلى أن نظرية «تبلور العقيق المعدني» الشهيرة تعتبر تفسيراً بعيد الاحتمال للغاية.

«الشرق الأوسط» (لندن)

الذكاء الاصطناعي يتنبأ بضعف المناعة قبل ظهور المرض

الذكاء الاصطناعي يتنبأ بضعف المناعة قبل ظهور المرض
TT

الذكاء الاصطناعي يتنبأ بضعف المناعة قبل ظهور المرض

الذكاء الاصطناعي يتنبأ بضعف المناعة قبل ظهور المرض

هل يمكن التنبؤ بالمرض قبل أن يبدأ؟ بينما لا يزال العالم يركض خلف الأمراض بعد وقوعها، جاءت جامعة «ستانفورد» هذا الشهر لتطرح سؤالاً قد يغيّر قواعد اللعبة: لماذا لا نرصد الأشخاص الأكثر عُرضة للمرض... قبل أن يمرضوا؟

بصمات مناعية خفية

هذا ليس طرحاً فلسفياً، بل جوهر دراسة علمية رائدة نُشرت بتاريخ 17 يونيو (حزيران) 2025 في مجلة Immunity (المناعة)، إحدى أبرز الدوريات العالمية المتخصصة في علوم الجهاز المناعي.

واستعانت الدراسة، التي أجراها فريق بحثي بقيادة البروفسور هونغ وانغ (Hong Wang) في مركز «بيو إكس» للأبحاث المناعية في جامعة «ستانفورد»، بتقنيات الذكاء الاصطناعي لتحليل ملايين الخلايا المناعية من متطوعين أصحاء ظاهرياً، وكشفت عن «بصمات مناعية خفية» قد تشير إلى استعداد جسدي غير مرئي لظهور أمراض مستقبلية، حتى قبل أي علامة سريرية أو شكوى صحية.

ولا تعتمد هذه التكنولوجيا الجديدة على تشخيص المرض، بل على فهم دقيق لـ«الخلل الصامت» في جهاز المناعة - أي تلك الاضطرابات الكامنة التي لا يشعر بها الإنسان لكنها تُمهّد لأمراض مثل السكري، والتصلّب المتعدد، أو حتى السرطان.

ما الذي فعله العلماء؟ وكيف توصّلوا إلى هذا الاكتشاف؟ استند فريق جامعة «ستانفورد» إلى كنز معرفي ثمين: البيانات الجينية والصحية المُجمّعة على مدى عقود من خلال واحدة من أطول وأشهر الدراسات الطبية في التاريخ، وهي «دراسة فرامنغهام للقلب» (Framingham Heart Study).

وتابعت هذه الدراسة، التي انطلقت في خمسينات القرن الماضي، الحالة الصحية لآلاف الأشخاص من سكان مدينة فرامنغهام الأميركية، جيلاً بعد جيل، لتصبح لاحقاً مرجعاً عالمياً في فهم أمراض القلب والتمثيل الغذائي والمناعة.

الكشف عن 42 جيناً

ومن خلال تحليل عينات دم وأرشيف ضخم من بيانات التعبير الجيني، استعان الباحثون بأدوات الذكاء الاصطناعي للتنقيب في الجينات، وتمكنوا من تحديد «بصمة مناعية» دقيقة تتكوّن من 42 جيناً، ظهرت لدى بعض الأفراد الذين يبدون أصحاء ظاهرياً.

لكن هذه البصمة كانت تحمل في طياتها مؤشرات خفية على اضطراب مناعي يجعلهـم أكثر عُرضة للمعاناة من مضاعفات شديدة عند التعرض لأي عدوى فيروسية أو مرض التهابي، حتى قبل ظهور أي أعراض تُذكر.

لماذا يُعد هذا الاكتشاف قفزة طبية غير مسبوقة؟ لأول مرة في تاريخ الطب، أصبح بالإمكان التنبؤ، بشكل شخصي ودقيق، بمن قد يكون عرضة لاستجابة مناعية مفرطة أو ضارّة، حتى قبل أن يُصاب بأي عدوى أو تظهر عليه أي أعراض.

وهذا التحوّل النوعي يعني أن الطب الحديث لم يعد فقط يتعامل مع المرض بعد وقوعه، بل بدأ يدخل عصر الطب الاستباقي المناعي.

التقنية الجديدة تُتيح للأطباء رصد الفئات الأكثر هشاشة مناعياً، التي تشمل على وجه الخصوص: كبار السن، ومرضى السكري، والمصابين بالسمنة، والمدخنين، ومرضى القلب المزمن.

وبدل الانتظار حتى تتفاقم الحالة، يمكن الآن بناء خطط طبية استباقية لتلك الفئات، تتضمن وقاية مخصّصة، أو علاجاً مبكراً، أو أولوية في توزيع اللقاحات والرعاية.

إنه طب المستقبل... حيث لا يُنتظر المرض، بل يُرصد قبل أن يُولد.

الذكاء الاصطناعي طبيب خفي

• تمشيط البيانات. في قلب هذا الإنجاز العلمي تقف خوارزميات الذكاء الاصطناعي، تعمل بصمت ودقة، تمشّط البيانات الجينية المعقدة، وتفكك شيفراتها المخفية.

هذه التقنية المتقدمة في التعلم الآلي لا تكتفي بتحليل الأرقام، بل تحاكي آلاف السيناريوهات البيولوجية، وتكشف من خلالها مؤشرات دقيقة على ضعف الاستجابة المناعية المستقبلية، إشارات دقيقة لا يمكن للعين البشرية، ولا حتى لأمهر الأطباء، أن تلتقطها في الوقت المناسب.

وعلق الدكتور فاريان مينون، أستاذ المناعة الجزيئية في جامعة «ستانفورد»، والباحث الرئيس في الدراسة، قائلاً: «نحن لا نتحدث عن تنبؤ نظري، بل عن أداة سريرية حقيقية، قادرة على إنقاذ الأرواح من خلال تدخلات مخصّصة قبل أن يفوت الأوان. لقد منحنا الذكاء الاصطناعي القدرة على رؤية الخلل قبل أن يصبح مرضاً». وهذا ليس علماً مستقبلياً خيالياً، بل هو واقع بدأ يتشكّل داخل المختبرات... وقد يكون خلال سنوات قليلة جزءاً من الفحوصات الروتينية التي تسبق المرض لا التي تلحق به.

• ما الفوائد الحقيقية لهذا الإنجاز؟ إن ما كشفته جامعة «ستانفورد» لا يُعد مجرّد اكتشاف علمي، بل إنه منعطف في تاريخ الطب الحديث، يحمل في طيّاته وعوداً كبرى:

- ثورة في الطب الوقائي، إذ لم نعد مضطرين لانتظار ظهور الأعراض لنتحرّك؛ يمكننا الآن التدخّل قبل المرض، في مراحله الخفية.

- رعاية صحية مخصّصة، إذ ستحصل كل فئة، بل كل فرد، على خطة وقاية وتغذية ونمط حياة يتناسب مع بصمته المناعية الفريدة.

- خفض التكاليف الطبية، لأن الوقاية الذكية تعني تقليل الحاجة للعلاج المكلف في المراحل المتأخرة.

- إدارة فعّالة للأوبئة، ففي حال ظهور أوبئة جديدة مثل «كوفيد - 19» يمكن تحديد الفئات الأكثر هشاشة، وإعطاؤهم الأولوية في اللقاحات والرعاية.

- دعم الصحة النفسية، فالمعرفة الدقيقة بـ«الموقع المناعي» للفرد تُقلل من حالة القلق المجتمعي بشأن المستقبل الصحي.

• رعاية صحية «استباقية». وهذا الابتكار لا يُقصي دور الطبيب، بل يُعزّزه؛ ويجعل الطبيب أكثر قدرة على الاستماع العميق، والتحليل الدقيق، ووضع خطط مبنية على بيانات لا على التخمين.

نحن ننتقل من عصر الطب التفاعلي إلى عصر الطب الاستباقي، ومن العلاج الجماعي إلى الرعاية الشخصية الموجّهة. وفي عالم تتسارع فيه الأمراض كما تتسارع الخوارزميات، أصبح من الواضح أن المستقبل لا ينتظر أحداً... لكن الذكاء الاصطناعي قد يُنقذ من يستعدّ له.