به گزارش ایسنا و به نقل از دیلی ساینس، یک گروه پژوهشی در مؤسسه تحقیقاتی انرژی کره (KIER) به سرپرستی کی یونگ کو (Kee Young Koo) موفق شدند کاتالیزوری بسازند که دی‌اکسید کربنِ گلخانه‌ای را به‌صورت مؤثر و با دمای نسبتاً پایین(۴۰۰ درجه سانتی‌گراد) به منوکسید کربن (CO) تبدیل کند، همان ماده‌ای که در ادامه با هیدروژن ترکیب می‌شود و «سینگاز» تولید می‌کند؛ پایه ساخت سوخت‌های مصنوعی پاک مثل e-fuels و متانول.

چرا این یافته مهم است؟

دی‌اکسید کربن گاز گلخانه‌ایِ اصلی است که باید از گردش هوا حذف یا مجدداً به چیزی مفید تبدیل شود. یکی از راه‌های عملی، واکنش «معکوس آب-گاز» (Reverse Water-Gas Shift — RWGS) است که با واکنش دادن CO₂ با هیدروژن، CO و آب تولید می‌کند؛ CO سپس می‌تواند برای تولید سوخت‌های پاک به‌کار رود، اما مشکل فنی این است که این واکنش معمولاً در دماهای بسیار بالا انجام می‌شود و کاتالیزورهای رایج (مثل نیکل) در آن دماها دچار «جامی‌شدن ذرات» می‌شوند و کارایی‌شان کاهش می‌یابد، یا در دماهای پایین‌تر تولید محصولات ناخواسته مثل متان رخ می‌دهد. برای عملی کردن «بازیافت» دی‌اکسید کربن در مقیاس بزرگ، نیاز به کاتالیزورهایی است که هم کارا باشند و هم در دمای پایین‌تر پایدار بمانند.

نوآوری تیم KIER چه بود؟

پژوهشگران، یک کاتالیزور بر پایه مس (Cu) با افزودنی‌های منیزیم و آهن ساختند، ساختاری از نوع «هیدروکسیدهای دولایه‌ای» (layered double hydroxide — LDH). این ساختارِ دولایه‌ای شبیه ورق‌های نازک فلزی است که بینشان آب و یون‌ها قرار دارد؛ با تنظیم نسبت فلزها (Cu, Mg, Fe) آن‌ها موفق شدند فاصله‌ها و «شکاف» بین ذرات مس را پر کنند تا ذرات مس به هم نچسبند و در دماهای نسبتاً بالا (برای مس) بندی نشوند. در نتیجه مسی که در ۴۰۰ درجه هم پایدار مانده و کارآیی بالاتری نشان می‌دهد.

عملکرد عددی چه‌قدر بهتر است؟

در آزمایش‌های تیم KIER این کاتالیزور در دمای ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد به خروجی‌های درخشان زیر رسید:

بازده تولید منوکسید کربن ۳۳.۴ درصد و نرخ تولید ۲۲۳.۷ میکرومول بر گرم کاتالیزور بر ثانیه (μmol·gcat⁻¹·s⁻¹) و این کارایی برای بیش از ۱۰۰ ساعت پیوسته حفظ شد. در مقایسه با کاتالیزورهای مس تجاری، نرخ تولید ۱.۷ برابر و بازده ۱.۵ برابر بیشتر بود و حتی در قیاس با کاتالیزورهای مبتنی بر فلزات گران‌بها مثل پلاتین، کاتالیزور جدید نرخ ۲.۲ برابر سریع‌تر و بازده ۱.۸ برابر بالاتری داشت؛ یعنی عملکردی در سطح برترین‌های دنیا، اما با فلزات ارزان‌تر و فراوان‌تر.

چرا این کاتالیزور «مؤثرتر» است؟

تحلیل‌های طیفی در زمان واقعی (real-time infrared) نشان داد برخلاف کاتالیزورهای مسیِ معمولی که CO₂ را از طریق «فرمات‌ها» (میان‌واکنش‌های شیمیایی) به CO می‌برند، کاتالیزور جدید مسیر میان‌واکنشِ فرمات را دور می‌زند و CO₂ را مستقیماً بر سطح خود به CO تبدیل می‌کند. همین «راه میان‌بُر» باعث می‌شود واکنش از ایجاد محصولات جانبی مثل متان جلوگیری کند و کارایی در دمای پایین‌تر حفظ شود. به بیان ساده این ماده مسیر سریع‌تر و «تمیزتری» برای تبدیل CO₂ انتخاب می‌کند.

چه معنایی برای آینده انرژی دارد؟

اگر این فناوری با موفقیت از آزمایشگاه به خط تولید صنعتی منتقل شود، می‌توان از آن برای تولید سینگاز استفاده کرد همان مولفه پایه‌ای که با تبدیل و پالایش آن می‌توان سوخت‌های مصنوعی پایدار (مثل e-fuels) و متانول ساخت. چون هیدروژنِ مورد نیاز می‌تواند از منابع تجدیدپذیر (برق سبز → الکترولیز) تأمین شود، ترکیب هیدروژن «سبز» و COِ تولیدشده از CO₂ می‌تواند به چرخه‌ای از سوخت‌های کم‌کربن و حتی «کربن‌محور منفی» کمک کند؛ یعنی هم کم کردن انتشار جدید و هم استفاده از CO₂ موجود. البته باید توجه داشت که انتقال از آزمایشگاه به صنعت نیازمند مقیاس‌پذیری، بررسی اقتصادی و آزمون‌های طولانی‌مدت در شرایط واقعی است.

 کی یونگ کو می‌گوید: این فناوری کاتالیزوری در دمای پایین، یک دستاورد مهم است که تولید مؤثر منوکسید کربن را با استفاده از فلزات ارزان و فراوان ممکن می‌سازد و می‌تواند مستقیماً برای تولید خوراک اولیه سوخت‌های مصنوعی کاربرد داشته باشد. ما برای کاربرد صنعتی و تجاری‌سازیِ این فناوری ادامه پژوهش خواهیم داد.

انتهای پیام