يناقش الكيميائيون في الأوساط الأكاديمية والصناعية ما سيتصدر عناوين الأخبار في العام المقبل

ستة خبراء يتوقعون أبرز اتجاهات الكيمياء لعام 2023

يناقش الكيميائيون في الأوساط الأكاديمية والصناعية ما سيتصدر عناوين الأخبار في العام المقبل

حقوق الصورة: ويل لودفيج/سي آند إي إن/شترستوك

ماهر القاضي، كبير مسؤولي التكنولوجيا، قسم طاقة النانو، وأخصائي الكيمياء الكهربائية، جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس

حقوق الصورة: بإذن من ماهر القاضي

للتخلص من اعتمادنا على الوقود الأحفوري وخفض انبعاثات الكربون، يكمن البديل الحقيقي الوحيد في التحول إلى الطاقة الكهربائية في كل شيء، بدءًا من المنازل وصولًا إلى السيارات. شهدنا في السنوات القليلة الماضية إنجازات كبيرة في تطوير وتصنيع بطاريات أكثر قوة، يُتوقع أن تُحدث تغييرًا جذريًا في طريقة تنقلنا إلى العمل وزيارة الأصدقاء والعائلة. ولضمان الانتقال الكامل إلى الطاقة الكهربائية، لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من التحسينات في كثافة الطاقة، ووقت إعادة الشحن، والسلامة، وإعادة التدوير، وتكلفة الكيلوواط/ساعة. ومن المتوقع أن يشهد البحث في مجال البطاريات نموًا أكبر في عام 2023، مع تزايد عدد الكيميائيين وعلماء المواد الذين يعملون معًا للمساهمة في زيادة عدد السيارات الكهربائية على الطرق.

كلاوس لاكنر، مدير مركز انبعاثات الكربون السلبية، جامعة ولاية أريزونا

حقوق الصورة: جامعة ولاية أريزونا

مع حلول مؤتمر الأطراف السابع والعشرين (COP27)، المؤتمر البيئي الدولي الذي عُقد في نوفمبر/تشرين الثاني في مصر، أصبح هدف الحد من ارتفاع درجة حرارة الأرض إلى 1.5 درجة مئوية بعيد المنال، مما يُؤكد الحاجة المُلحة لإزالة الكربون. ولذلك، سيشهد عام 2023 تطورات في تقنيات التقاط الكربون من الهواء مباشرةً. تُوفر هذه التقنيات نهجًا قابلًا للتطبيق على نطاق واسع لتحقيق الانبعاثات السلبية، إلا أنها مُكلفة للغاية بالنسبة لإدارة النفايات الكربونية. ومع ذلك، يُمكن البدء بتطبيق تقنية التقاط الكربون من الهواء مباشرةً على نطاق صغير، ثم التوسع تدريجيًا في العدد لا الحجم. ومثل الألواح الشمسية، يُمكن إنتاج أجهزة التقاط الكربون من الهواء مباشرةً بكميات كبيرة. وقد أثبت الإنتاج الضخم انخفاضًا كبيرًا في التكاليف. وقد يُتيح عام 2023 فرصةً لتحديد أي من التقنيات المُقترحة يُمكنها الاستفادة من انخفاض التكاليف المُصاحب للإنتاج الضخم.

رالف ماركوارت، كبير مسؤولي الابتكار، شركة إيفونيك للصناعات

حقوق الصورة: إيفونيك إندستريز

إنّ وقف تغيّر المناخ مهمةٌ بالغة الأهمية، ولن يتحقق النجاح إلا بتقليل استخدام الموارد بشكلٍ كبير. ويُعدّ الاقتصاد الدائري الحقيقي أساسيًا لتحقيق ذلك. وتشمل مساهمات الصناعة الكيميائية في هذا الصدد موادّ مبتكرة، وعمليات جديدة، ومضافات تُمهّد الطريق لإعادة تدوير المنتجات المُستخدَمة. فهي تُحسّن كفاءة إعادة التدوير الميكانيكية، وتُمكّن من إعادة التدوير الكيميائي الفعّال حتى في مجالاتٍ تتجاوز التحلل الحراري الأساسي. ويتطلّب تحويل النفايات إلى موادّ قيّمة خبرةً من الصناعة الكيميائية. ففي دورة حقيقية، تُعاد تدوير النفايات لتُصبح موادّ خام قيّمة لمنتجات جديدة. ومع ذلك، علينا أن نكون سريعين؛ فابتكاراتنا مطلوبة الآن لتمكين الاقتصاد الدائري في المستقبل.

سارة إي. أوكونور، مديرة قسم التخليق الحيوي للمنتجات الطبيعية، معهد ماكس بلانك لعلم البيئة الكيميائية

حقوق الصورة: سيباستيان رويتر

تُستخدم تقنيات علم الجينوم والبروتيوميات لاكتشاف الجينات والإنزيمات التي تستخدمها البكتيريا والفطريات والنباتات والكائنات الحية الأخرى لتخليق منتجات طبيعية معقدة. ويمكن استخدام هذه الجينات والإنزيمات، غالبًا بالاشتراك مع عمليات كيميائية، لتطوير منصات إنتاج حيوية صديقة للبيئة لعدد لا يحصى من الجزيئات. أصبح بإمكاننا الآن تطبيق علم الجينوم والبروتيوميات على مستوى الخلية الواحدة. أتوقع أن نشهد كيف تُحدث دراسات النسخ الجيني وعلم الجينوم على مستوى الخلية الواحدة ثورة في سرعة اكتشاف هذه الجينات والإنزيمات. علاوة على ذلك، أصبح علم الأيض على مستوى الخلية الواحدة ممكنًا الآن، مما يسمح لنا بقياس تركيز المواد الكيميائية في الخلايا الفردية، ما يُعطينا صورة أكثر دقة لكيفية عمل الخلية كمصنع كيميائي.

ريتشموند ساربونغ، ​​كيميائي عضوي، جامعة كاليفورنيا، بيركلي

حقوق الصورة: نيكي ستيفانيلي

سيستمر فهمنا لتعقيد الجزيئات العضوية، على سبيل المثال كيفية التمييز بين التعقيد البنيوي وسهولة التخليق، في الظهور بفضل التطورات في مجال التعلم الآلي، مما سيؤدي بدوره إلى تسريع تحسين التفاعلات والتنبؤ بها. وستُسهم هذه التطورات في ابتكار طرق جديدة للتفكير في تنويع الفضاء الكيميائي. إحدى هذه الطرق هي إجراء تغييرات على محيط الجزيئات، وأخرى هي إحداث تغييرات في لبّ الجزيئات من خلال تعديل هياكلها. ولأن لبّ الجزيئات العضوية يتكون من روابط قوية مثل روابط الكربون-كربون، والكربون-نيتروجين، والكربون-أكسجين، أعتقد أننا سنشهد نموًا في عدد طرق إضافة وظائف لهذه الأنواع من الروابط، لا سيما في الأنظمة غير المُجهدة. ومن المرجح أيضًا أن تُسهم التطورات في التحفيز الضوئي التأكسدي والاختزالي في ظهور اتجاهات جديدة في تعديل الهياكل.

أليسون ويندلاندت، كيميائية عضوية، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

حقوق الصورة: جاستن نايت

في عام 2023، سيواصل الكيميائيون العضويون السعي نحو تحقيق أقصى درجات الانتقائية. أتوقع نموًا متزايدًا في أساليب التحرير التي توفر دقة على مستوى الذرة، بالإضافة إلى أدوات جديدة لتصميم الجزيئات الكبيرة. ما زلتُ مُلهمًا بدمج التقنيات التي كانت متقاربة في السابق ضمن أدوات الكيمياء العضوية: فالأدوات الحيوية التحفيزية، والكيميائية الكهربائية، والكيميائية الضوئية، وأدوات علم البيانات المتطورة أصبحت شائعة الاستخدام. أتوقع أن تزدهر الأساليب التي تستفيد من هذه الأدوات، لتُقدم لنا كيمياء لم نكن نتخيلها ممكنة.

ملاحظة: تم إرسال جميع الردود عبر البريد الإلكتروني.