امکان تولید سوخت از گازهای گلخانه‌ای فراهم شد

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری علم و فناوری آنا، در طول سه قرن گذشته، به ویژه از زمان انقلاب صنعتی در اواخر قرن ۱۸ و ۱۹، فعالیت‌های بشر به طور قابل توجهی به افزایش سطح گاز‌های گلخانه‌ای در جو منجر شده است. مقصر اصلی این افزایش، مصرف سوخت فسیلی، فرآیند‌های صنعتی، جنگل‌زدایی و مدیریت زباله هستند.

در پاسخ، آمریکا قصد دارد تا سال ۲۰۳۰ انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را ۵۰ تا ۵۲ درصد از سطح سال ۲۰۰۵ کاهش دهد. این ابتکار در راستای تلاش جهانی برای دستیابی به انتشار گاز‌های گلخانه‌ای صفر خالص تا سال ۲۰۵۰ صورت می‌گیرد. با توجه به اینکه بخش‌های برق و صنعت در حدود نیمی از انتشار دی اکسید کربن (CO۲) این کشور نقش دارند، یافتن راه حل‌هایی در این زمینه‌ها ضروری است.

اکنون پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا، مؤسسه فناوری ایلینویز و دانشگاه ایلینویز در شیکاگو با همکاری دانشمند ایرانی خود سیستمی را ابداع کرده اند که می‌تواند انتشار CO۲ را به پروپان (C۳H۸) تبدیل کند یک منبع سوختی متراکم پاک‌تر و با انرژی بیشتر.

«اندرو راپ» (Andrew Rappe) از دانشکده هنر و علوم پنسیلوانیا می‌گوید: «تبدیل الکتروشیمیایی دی‌اکسید کربن می‌تواند با ذخیره انرژی تجدیدپذیر و بستن چرخه کربن انسانی، نیاز‌های انرژی آینده را تامین کند. این تحقیق راه را برای راه‌حل‌های جدیدی هموار می‌کند که با چالش‌های ذخیره‌سازی انرژی مقابله کرده و سطح CO۲ را به طور معناداری کاهش می‌دهد.»

«محمد اسدی» استاد ایرانی گروه مهندسی شیمی و بیولوژیکی در موسسه فناوری ایلینویز در این باره می‌گوید: «ارائه روش تولید مواد شیمیایی تجدیدپذیر واقعاً مهم است. این بهترین راه برای بستن چرخه کربن بدون از دست دادن مواد شیمیایی است که در حال حاضر روزانه استفاده می‌کنیم.»

مس به طور معمول عنصر اصلی برای محققانی بوده است که روش‌های کارآمد برای تبدیل CO۲ به مواد شیمیایی و سوخت با ارزش را بررسی می‌کرده اند تا هم اثرات زیست‌محیطی آن را مهار کرده و راه‌حل‌هایی برای ذخیره‌سازی انرژی جدید ارائه کنند.

با این حال، سوخت‌هایی از این روش تولید شده که از ترکیبات تک کربنی با چگالی کم انرژی مانند متان بوده اند.

«ژن جیانگ» (Zhen Jiang)، مجری این تحقیقات توضیح می‌دهد: به دست آوردن محصولات چند کربنه با انرژی متراکم مانند C۳H۸ به دلیل شکل گیری واسطه‌های زیادی که در طول فرآیند تبدیل شیمیایی، همچنان یک چالش باقی مانده است. علاوه بر این، بیشتر راهبرد‌ها برای افزایش گزینش‌پذیری یک ماده برای مولکول‌های چند کربنه از نظر انرژی پرهزینه هستند.

به گفته جیانگ این محققان، تلاش کرده اند راه‌هایی را بیابند تا فراتر از کاتالیزور‌های موجود مانند مس - و گزینش پذیری متوسط آن‌ها برای محصولات چند کربنه یا سینِتیک کُند آن‌ها – رفته و روش‌هایی برای افزودن مایع یونی (IL) به سیستم کاتالیزوری را بررسی کنند. این تحقیقات آن‌ها را به فسفید تری مولیبدن (Mo۳P) به عنوان ماده کاتالیزوری رساند.

جیانگ می‌گوید: بر اساس شبیه‌سازی‌های نظری متوجه شدیم که لایه IL می‌تواند چسبندگی CO۲ و گروه‌های بعدی را در طول واکنش روی سطح کاتالیزور Mo۳P افزایش دهد، بنابراین واسطه‌ها را در مکان‌های مختلف در امتداد سطح برای تولید C۳H۸ با بازدهی عالی ۹۱ درصد تثبیت می‌کند.

پژوهشگران باور دارند این یافته کلیدی منجر به پارادایم جدیدی برای بررسی رابطه بین مواد در سیستم‌های الکتروکاتالیستی شده است.

جیانگ می‌گوید: «به طور معمول، کاتالیزور حالت جامد و محلول آبی که انتقال یون را در سرتاسر واکنش پل می‌کند، با ارتقای متقابل کمتری در سطح مشترک عمل می‌کنند. اما اکنون، می‌توانیم یک رویکرد ترکیبی را از طریق تکنیک‌هایی مانند پوشش IL روی کاتالیزور‌های حالت جامد اعمال کنیم و سیستم‌های آزمایش شده قبلی را با درک جدید خود از ریزمحیط کاتالیست مورد بررسی مجدد قرار دهیم.

دانشمندان در نظر دارند با نگاهی به آینده، این تحقیق را به دو روش پیش ببرند: یک، ایجاد فهرستی از مایعات یونی و اثربخشی آن‌ها در کاتالیزور‌های مولد سوخت و سایر سیستم‌های الکتروشیمیایی و دو، بررسی کاتالیزور‌های جدید برای تبدیل CO۲ به منابع سوختی با انرژی‌تر از گاز سوختی به نفت سبک با اتم‌های کربن بیشتر.

راپ می‌گوید: «توسعه این تحقیق به هیدروکربن‌های با وزن بالاتر می‌تواند چرخه کربن را با ایجاد گاز طبیعی، پروپان، بنزین و حتی سوخت جت مستقیماً از CO۲ حاصل از احتراق سوخت قبلی ببندد. به این ترتیب، همان اتم‌های کربن بار‌ها و بار‌ها انرژی ذخیره می‌کنند و ما آن‌ها را در جو رها نمی‌کنیم.
نتایج این تحقیقات در نشریه Nature Energy منتشر شده است.