کاتالیزور رکوردشکن، دی اکسید کربن را به مواد شیمیایی ارزشمند تبدیل می‌کند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، همه ما در مورد نیاز فوری به کاهش انتشار دی اکسید کربن (CO۲) شنیده‌ایم. اما چه می‌شود اگر بتوانیم به جای مبارزه برای خلاص شدن از شر این گاز گلخانه‌ای، واقعاً از آن استفاده کنیم؟ دانشمندان در حال بررسی رویکردی هیجان‌انگیز به نام تبدیل الکتروشیمیایی CO۲ هستند. این فرآیند، CO۲ را به مواد شیمیایی و سوخت‌های ارزشمند تبدیل می‌کند و مسیری پاک‌تر و پایدارتر را برای انرژی و صنعت ارائه می‌دهد.

این ایده نویدبخش بسیاری است، اما یک مانع بزرگ وجود دارد: اکثر روش‌های فعلی یا خیلی زود فرسوده می‌شوند یا انرژی زیادی مصرف می‌کنند که آنها را برای کاربرد‌های دنیای واقعی غیرعملی می‌کند.

برای مثال، تبدیل CO۲ در دمای پایین را در نظر بگیرید. این فرآیند معمولاً کمتر از ۱۰۰ ساعت طول می‌کشد و راندمان انرژی زیر ۳۵ درصد را ارائه می‌دهد. دما‌های بالاتر، بین ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد، این فرآیند را کارآمدتر می‌کند، اما اکثر کاتالیزور‌های موجود در این شرایط تجزیه می‌شوند یا به مواد گران‌قیمتی مانند فلزات گرانبها وابسته هستند. برای انتقال این فناوری از آزمایشگاه به استفاده روزمره، به یک راه‌حل متحول‌کننده نیاز داریم، راه‌حلی که بادوام، کارآمد و مقرون‌به‌صرفه باشد. در حالت ایده‌آل، این فناوری باید بتواند CO۲ را به چیزی مفید مانند مونوکسید کربن تبدیل کند که به‌طور گسترده در تولید صنعتی استفاده می‌شود.

پیشرفت چشمگیر از EPFL

اکنون، تیمی به رهبری پروفسور زیل هو در EPFL نوع جدیدی از کاتالیزور را ساخته‌اند که نویدبخش عملی‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر شدن این تبدیل در دمای بالا است. این کاتالیزور می‌تواند با تبدیل CO۲ به مواد شیمیایی و سوخت‌های قابل استفاده، گذار به سمت صنایع پاک‌تر را تسریع کند.

محققان یک کاتالیزور نوآورانه ساخته‌اند که از آلیاژ کبالت-نیکل (Co-Ni) محصور شده در یک ماده سرامیکی به نام CeO۲ آلاییده شده با Sm۲O۳ (SDC) ساخته شده است. این کپسوله‌سازی از تجمع (چسبیدن فلز به هم) جلوگیری می‌کند، مشکلی رایج که اثربخشی کاتالیزور را کاهش می‌دهد. کاتالیزور آنها به طرز چشمگیری با راندمان انرژی ۹۰٪ و انتخاب‌پذیری ۱۰۰٪ محصول عمل می‌کند و عملکرد خود را بیش از ۲۰۰۰ ساعت بی‌سابقه حفظ می‌کند که بسیار فراتر از فناوری‌های موجود است.

برای ساخت این کاتالیزور، ونچائو ما، نویسنده اول مقاله و دانشجوی فوق دکترای EPFL، از روش سل-ژل استفاده کرد، فرآیندی که نمک‌های فلزی را با مولکول‌های آلی مخلوط می‌کند تا خوشه‌های فلزی کوچکی را تشکیل دهد که توسط پوسته‌های سرامیکی محصور شده‌اند. آنها ترکیبات مختلفی از فلزات را آزمایش کردند و کشف کردند که ترکیبی متعادل از کبالت و نیکل بهترین عملکرد را ارائه می‌دهد. برخلاف کاتالیزور‌های سنتی که به سرعت تحت گرمای شدید تجزیه می‌شوند، آلیاژ محصور شده پایدار ماند و حتی پس از هزاران ساعت کار مداوم، کارایی خود را حفظ کرد.

پیامد‌های صنعتی

نتایج قابل توجه بود. کاتالیزور جدید در دمای ۸۰۰ درجه سانتیگراد، ضمن تبدیل CO۲ به مونوکسید کربن - یک ماده شیمیایی ارزشمند که در فرآیند‌های صنعتی استفاده می‌شود - با ۱۰۰٪ گزینش‌پذیری، راندمان انرژی ۹۰٪ را حفظ کرد. به عبارت ساده‌تر، تقریباً تمام برق مورد استفاده در واکنش مستقیماً به تولید ماده شیمیایی مورد نظر، بدون واکنش‌های جانبی زائد، کمک کرد.

این پیشرفت ما را به بازیافت عملی و مقرون به صرفه کربن نزدیک‌تر می‌کند. به جای انتشار CO۲ در جو، صنایع می‌توانند از آن استفاده مجدد کنند و گاز زائد را به محصولات ارزشمند تبدیل کنند. این فناوری می‌تواند به صنایع کمک کند تا ردپای زیست‌محیطی خود را کاهش دهند و در این فرآیند هم در انرژی و هم در هزینه صرفه‌جویی کنند.

کاتالیزور تیم EPFL در شرایط صنعتی مربوطه بیش از ۲۰۰۰ ساعت پایدار ماند، نقطه عطفی که هزینه‌های عملیاتی را به طرز چشمگیری کاهش می‌دهد. طبق برآورد اولیه محققان، در مقایسه با فناوری‌های موجود، رویکرد آنها می‌تواند هزینه‌های کلی را ۶۰ تا ۸۰ درصد کاهش دهد.

این کاتالیزور گامی مهم به سوی صنایع پاک‌تر است. با تبدیل کارآمد CO۲ به محصولات ارزشمند، می‌توانیم آینده‌ای را تصور کنیم که در آن صنایع، انتشار کربن را به همان روشی که امروزه کاغذ و پلاستیک را بازیافت می‌کنیم، بازیافت می‌کنند. تیم EPFL درخواست ثبت اختراع بین‌المللی برای این کاتالیزور ارائه کرده است.