به گفته ي پژوهش گران دانشگاه پن استيت، كاتاليزگرهاي دوگانه مي توانند با استفاده از نانولوله هاي تيتانيا و انرژي خورشيدي، راه حلي باشند براي تبديل كارآمد دي اكسيد كربن و بخار آب به متان و ساير هيدروكربن ها.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، از سوختن سوخت هاي فسيلي مثل نفت،‌ گاز و زغال سنگ، مقدار زيادي دي اكسيد كربن آزاد مي شود كه يك گاز گلخانه اي است. توليدكنندگان مي توانند به جاي ايجاد تغيير در اقليم جهاني، دي اكسيد كربن را به گونه هاي گسترده اي از هيدروكربن ها تبديل كنند اما اين كار زماني قابل انجام به نظر مي رسد كه از انرژي خورشيدي استفاده شود.

پژوهش گران در مقاله ي اخير خود در Nano Letters خاطر نشان كردند: "بازيافت دي اكسيد كربن با استفاده از تبديل آن به سوخت با محتواي انرژي بالا كه براي استفاده در زيرساخت هاي انرژي مبتني بر هيدروكربن ها مناسب است، گزينه ي جالبي است،‌ هر چند اين فرآيند زماني انرژي زيادي توليد مي كند و مفيد است كه يك منبع انرژي تجديدپذير براي اين منظور قابل استفاده باشد."

كريگ اي گريمز، استاد مهندسي برق و گروه وي، با استفاده از نانولوله هاي دي اكسيد تيتانيم كه با نيتروژن تقويت شده و با لايه ي نازكي از مس و پلاتين پوشانده شده بودند، تركيبي از دي اكسيد كربن و بخار آب را به متان تبديل كردند. با انجام اين آزمايش در فضاي آزاد،‌ پژوهش گران افزايش 20 برابري در توليد متان را در مقايسه با تلاش هاي انجام شده در شرايط آزمايشگاهي با استفاده از تابش اشعه ي فرابنفش گزارش كردند.

تبديل شيميايي آب و دي اكسيد كربن به متان روي كاغذ ساده است. يك مولكول دي اكسيد كربن و دو مولكول آب تبديل به يك مولكول متان و دو مولكول اكسيژن مي شوند. با اين حال، براي اينكه اين واكنش رخ دهد حداقل هشت فوتون براي هر مولكول مورد نياز است.

گريمز كه عضو موسسه ي پژوهش مواد پن استيت نيز است،‌ گفت: "تبديل دي اكسيد كربن و آب به متان با استفاده از فوتوكاتاليز ايده ي جالبي است اما به لحاظ تاريخي، تلاش هاي صورت گرفته سرعت تبديل پاييني داشته اند. براي دست يابي به هيدروكربن قابل توجه، اين واكنش نيازمند فوتوكاتاليزگر كارآمدي است كه از بيشترين انرژي ممكن در مقابل نور خورشيد بهره مي برد."

اين گروه كه اومان كي وارگس و مگي پائولوز، دانشمندان پژوهش گر موسسه ي پژوهش مواد، و توماس جي لاتمپا، دانشجوي فارغ التحصيل مهندسي برق نيز در آن حضور دارند، از نور خورشيد طبيعي براي آزمايش نانوله هاي خود در محفظه اي شامل تركيبي از بخار آب و دي اكسيد كربن استفاده كردند. آن ها نانولوله هاي حساس شده با كاتاليزگر را به مدت 2.5 تا 3.5 ساعت در معرض نور خورشيد قرار دادند، مدت زماني كه خورشيد بين 75 تا 102 ميلي وات به ازاي هر سانتي متر مربع توليد كرد.

پژوهش گران دريافتند كه نانولوله هاي گرم شده در دماي 600 درجه ي سانتي گراد و پوشانده شده توسط مس، بيشترين مقدار هيدروكربن ها را توليد مي كند و همان نانولوله ها با پوشانده شدن توسط پلاتين، هيدروژن بيشتري توليد مي كنند در حالي كه نانولوله هاي پوشانده شده از مس مونواكسيد كربن بيشتر توليد مي كنند. هم هيدروژن و هم مونواكسيد كربن از مراحل مياني عادي در اين فرآيند هستند و به عنوان اجزاي اصلي سيگناس (تركيبي از مونواكسيد كربن و هيدروژن كه به عنوان ماده ي اوليه در توليد مواد مصنوعي شيميايي به كار مي رود)، مي توانند براي توليد سوخت هاي هيدروكربني مايع استفاده شوند.

وقتي كه اين گروه آرايه اي از نانولوله را كه نيمي از سطح آن پوشيده از مس و نيمي ديگر از آن پوشيده از پلاتين بود، به كار بردند، توانستند توليد هيدروكربن را افزايش داده و مونواكسيد كربن را از بين ببرند. ثمره ي اين نانولوله هاي كاتاليزگر دوگانه توليد 163 قسمت هيدروكربن از هر يك ميليون قسمت به ازاي هر سانتي متر مربع در يك ساعت بود. حاصل استفاده از نانولوله هاي تيتانيا بدون كاتاليزگر مس و پلاتين فقط 10 قسمت در يك ميليون است.

گريمز افزود: "اگر تمام سطح آرايه هاي نانولوله را با اكسيد مس مي پوشانديم، به نظر من مي توانستيم به شدت حاصل كار را بهتر كنيم."

گريمز همچنين دريافت كه درازتر كردن لوله هاي دي اكسيد تيتانيم كه در كاربردهاي ديگر محصول را افزايش مي دهد، نتيجه را بهتر نمي كند.

گريمز اظهار داشت: "ما فكر مي كنيم كه توزيع نانوذرات كاتاليزگر در بالاترين سطح نانولوله ها است و در داخل آن نيست و اين به خاطر اين است كه افزايش طول واكنش را بهبود نمي بخشد."

اگر چه تمام اين آزمايش ها با نانولوله هاي دي اكسيد تيتانيم تقويت شده با نيتروژن انجام شد، پژوهش گران به اين نتيجه رسيدند كه نيتروژن تبديل دي اكسيد كربن به هيدروكربن ها را بهتر نمي كند. كاتاليزگرها، واكنش را از سمتي كه فقط از انرژي نور ماوراي بنفش استفاده مي كرد به سمتي كه از ساير طول موج هاي نور مرئي و لذا بيشترين مقدار انرژي خورشيد استفاده مي كرد، سوق دادند.

اين پژوهش گران هم اكنون روي تبديل راكتور دسته اي به يك طرح جريان پيوسته كار مي كنند كه معتقدند به طور قابل ملاحظه فرآورده ها را افزايش خواهد داد.

لینک دائمی | نسخه مناسب چاپ | ارسال لينك اين صفحه به دوستان |