هيذر ويلاور

هيذر د. ويلاور ( مواليد 1974) كيميائية تحليلية ومخترعة أمريكية تعمل في واشنطن العاصمة ، في مختبر الأبحاث البحرية الأمريكي . تقود ويلاور فريقًا بحثيًا، وقد حصلت على براءة اختراع لطريقة إزالة ثاني أكسيد الكربون المذاب (CO₂ ₎ من مياه البحر ، بالتوازي مع استخلاص الهيدروجين (H₂ ₎ عن طريق التحليل الكهربائي التقليدي للماء . كما تبحث ويلاور في تحسين المحفزات اللازمة لتمكين عملية فيشر-تروبش المستمرة لإعادة دمج غازي أول أكسيد الكربون (CO) والهيدروجين في سوائل هيدروكربونية معقدة لتصنيع وقود الطائرات النفاثة للبحرية.

يُعدّ الحفاظ على العمليات الجوية البحرية في المناطق النائية دون الاعتماد بشكل كبير على نقل وقود الطائرات لمسافات طويلة عبر المحيطات ذا أهمية بالغة للبحرية. كما تدرس البحرية جدوى إنشاء منشآت برية قادرة على تصنيع الكيروسين من الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون _، المستخرجين من مكونات مياه البحر . ونظرًا للطاقة الكهربائية العالية جدًا التي تتطلبها عملية التحليل الكهربائي للماء لإنتاج كميات كبيرة من الهيدروجين، فإن محطات الطاقة النووية أو تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) ضرورية لتزويد المنشآت الصناعية المُقامة على الجزر النائية القريبة من البحر في مواقع استراتيجية بالطاقة.

التحقت ويلاور بكلية بيري في جورجيا ، وتخرجت منها عام 1996 بدرجة البكالوريوس في الكيمياء. ^{[ 1 ]} في منتصف عام 1999، شاركت في المؤتمر الدولي الحادي عشر حول التوزيع في الأنظمة المائية ثنائية الطور، الذي عُقد في جلف شورز، ألاباما . ^{[ 2 ]} في عام 2002، حصلت على درجة الدكتوراه في الكيمياء التحليلية من جامعة ألاباما ، حيث كتبت أطروحتها بعنوان "أساسيات سلوك الطور وتوزيع المذاب في الأنظمة المائية ثنائية الطور وتطبيقاتها في صناعة الورق ". ^{[ 3 ]} بدأت العمل مع مختبر الأبحاث البحرية (NRL) كباحثة مساعدة، ثم ترقت عام 2004 إلى منصب باحثة كيميائية. ^{[ 1 ]}

بدأت ويلاور أبحاثها في مجال الأنظمة ثنائية الطور والتحولات الطورية بعد تخرجها من كلية بيري. وفي عام 1998 ، درست الأنظمة المائية ثنائية الطور (ABS) لإمكانية استخلاص الأصباغ القيّمة من مخلفات صناعة النسيج. وقد بحثت في الأيونات والمحفزات . ^{[ 4 ]}

في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، بدأت ويلاور بدراسة طرق استخلاص ثاني أكسيد الكربون _{والهيدروجين} من مياه _البحر ، بهدف تفاعل هذه الجزيئات إلى هيدروكربونات باستخدام عملية فيشر-تروبش . ^{[ 5 ]} كما بحثت في محفزات الحديد المعدلة ودرست دعامات محفزات الزيوليت ( ألومينوسيليكات نانوية مسامية ) لإعادة تركيب هذه الجزيئات في وقود الطائرات.

خلصت دراسات سابقة إلى أنه لا يمكن إزالة ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، الذي يتواجد بشكل رئيسي على هيئة أيون البيكربونات (HCO₃⁻) (بنسبة 96% من الكسر المولي) في أنواع الكربون غير العضوي في مياه البحر، اقتصاديًا. _[ 6 _] ^ومع ذلك ، ^{من خلال تحميض} مياه البحر باستخدام خلية تحليل كهربائي مُعدّلة ذات أغشية نفاذة للأيونات الموجبة (تُعرف باسم خلية التحميض الكهروكيميائي ثلاثية الحجرات)، ^{[ 7 ]} يُمكن تحويل أيون البيكربونات (HCO₃⁻) إلى ثاني أكسيد الكربون (CO₂) اقتصاديًا ^عند _درجة حموضة _أقل من 6، وزيادة مردود الاستخلاص. في يناير 2011، قام مختبر الأبحاث البحرية (NRL) بتركيب نموذج أولي لخلية التحليل الكهربائي لمياه البحر في قاعدة كي ويست الجوية البحرية في فلوريدا. ^{[ 8 ]}

في عام ٢٠١٧، حصل ويلاور وزملاؤه على براءة اختراع لجهاز استخلاص _ثاني أكسيد الكربون من مياه البحر، على شكل وحدة تبادل أيوني كهربائي (E-CEM). تُعتبر وحدة التبادل الأيوني الكهربائي (E-CEM) خطوةً أساسيةً في إنتاج الوقود الاصطناعي من مياه البحر. ومن بين الباحثين الآخرين المذكورين في براءة الاختراع: فيليس ديماسيو، ودينيس ر. هاردي، وجيفري بالدوين، وماثيو برادلي، وجيمس موريس، وراماجوبال أنانث، وفريدريك و. ويليامز. ^{[ ٩ ]}

قدّر ويلاور وآخرون (2012) إمكانية تصنيع وقود الطائرات من مياه البحر بكميات تصل إلى 100,000 جالون أمريكي (380,000 لتر) يوميًا، بتكلفة تتراوح بين ثلاثة وستة دولارات أمريكية للجالون الواحد. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 7 ]} وأظهر ويلاور وآخرون (2014) إمكانية تعديل محفز فيشر-تروبش لتصنيع أنواع مختلفة من الوقود، مثل الميثانول والغاز الطبيعي ، بالإضافة إلى الأوليفينات التي يمكن استخدامها كمكونات أساسية لوقود الطائرات.   

وقد حسب ويلاور وآخرون أنه يجب دفع حوالي 23000 جالون أمريكي (87000 لتر) من مياه البحر من خلال العملية للحصول على كميات الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون _{اللازمة} لتصنيع جالون واحد من وقود الطائرات.   

تم اختيار مياه البحر لاحتوائها على ثاني أكسيد الكربون بنسبة 140 ضعفًا _{مقارنةً} بالغلاف الجوي، كما أن التحليل الكهربائي التقليدي للماء ينتج الهيدروجين أيضًا _. معدات معالجة مياه البحر أصغر بكثير من معدات معالجة الهواء. اعتبر ويلاور أن مياه البحر هي "الخيار الأمثل" كمصدر لوقود الطائرات النفاثة الاصطناعي. ^{[ 12 ] [ 13 ]} بحلول أبريل 2014، لم يكن فريق ويلاور قد أنتج وقودًا بالجودة المطلوبة للطائرات العسكرية، ^{[ 14 ] [ 15 ]} لكنهم تمكنوا في سبتمبر 2013 من استخدام الوقود لتشغيل طائرة نموذجية يتم التحكم فيها عن بُعد، تعمل بمحرك احتراق داخلي ثنائي الأشواط . ^{[ 8 ]}

نظرًا لأن هذه العملية تتطلب مدخلات كبيرة من الطاقة الكهربائية ^{[ 11 ]} (حوالي 250 ميغاواط من الكهرباء، بشكل رئيسي لإنتاج الهيدروجين _عن طريق التحليل الكهربائي للماء، وبدرجة أقل لاستخلاص ثاني أكسيد الكربون _من مياه البحر)، ^{[ 11 ]} فإنه لا يمكن إجراؤها على متن سفينة كبيرة، حتى على متن حاملة طائرات نووية. لذا، يجب إنشاء منشآت معالجة مياه البحر للحصول على الهيدروجين _وثاني أكسيد الكربون ₍ في الواقع أول أكسيد الكربون)، وهما المكونان الأساسيان لعملية فيشر-تروبش ، على اليابسة، بالقرب من البحر، على جزر في مواقع استراتيجية نائية ( مثل هاواي ، وغوام ، ودييغو غارسيا ) ، وتزويدها بالطاقة بواسطة مفاعل نووي، أو عن طريق تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات .