فناوری سبز : تولید فیبر کربن مورد نیاز برای ساخت هواپیما از جلبک
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، چه می‌شود اگر هواپیمای بعدی که سوار می‌شوید از کف برکه ساخته شده باشد؟
دانشمندان آلمانی راهی برای تبدیل جلبک‌های فتوسنتزی به فیبر کربن با کارایی بالا پیدا کرده‌اند که در این مسیر از سوخت‌های فسیلی کثیف خلاص می‌شوند.
پروژه GreenCarbon که توسط دانشگاه فنی مونیخ (TUM) رهبری می‌شود، روش جدیدی را برای تولید آکریلونیتریل، پیش‌ساز فیبر کربن، از ریزجلبک‌های تجدیدپذیر به جای نفت، توسعه داده است.
این جلبک‌های فعال فتوسنتزی، دی‌اکسید کربن را جذب کرده و آن را به عنوان روغن‌های غنی از انرژی ذخیره می‌کنند که سپس محققان آن را به صورت شیمیایی به گلیسرول و در نهایت به آکریلونیتریل تبدیل می‌کنند.
از تفاله تا ساختار
به طور سنتی، اکریلونیتریل از پروپیلن مبتنی بر نفت استخراج می‌شود، فرآیندی که ردپای کربن قابل توجهی دارد.
اما با شروع از روغن‌های جلبک، دانشمندان کرسی ورنر زیمنس در بخش بیوتکنولوژی مصنوعی دانشگاه TUM، با همکاری موسسه مهندسی بین سطحی و بیوتکنولوژی فرانهوفر (IGB)، مسیری سبزتر ایجاد کردند.
در شعبه‌ی اشتراوبینگِ فرانهوفر آی‌بی‌بی، محققان این روش تبدیل را در مقیاس آزمایشگاهی اصلاح کردند و می‌گویند که اکنون برای آزمایش‌های صنعتی آماده است.
برای آزمایش عملکرد در دنیای واقعی، این تیم با تولیدکننده‌ی کربن آلمانی، SGL Carbon، همکاری کرد که اکریلونیتریل پایه زیستی را به الیاف کربنی سنگین تبدیل کرد که هر کدام حاوی ۵۰،۰۰۰ رشته‌ی مجزا بودند و سپس لمینت‌های پلاستیکی تقویت‌شده با الیاف کربن ساختند.
به گفته‌ی این تیم، این مواد بیوژنیک با استحکام مکانیکی و انعطاف‌پذیری فیبر کربن معمولی مطابقت دارند.
ایرباس، یکی از شرکای همکار در این پروژه، ارزیابی‌های چرخه عمر و ارزیابی‌های فنی را انجام داد.
پرواز روی جلبک‌ها
این شرکت هوافضا که از نتایج این تحقیق دلگرم شده بود، حتی از این ماده برای ساخت اجزای یک هلیکوپتر تحقیقاتی استفاده کرد که اولین پرواز خود را در سال ۲۰۲۴ انجام داد و نقطه عطفی بالقوه در تولید پایدار هوانوردی محسوب می‌شود.
این تیم تحقیقاتی اکنون به دنبال بودجه‌ی جدید برای افزایش مقیاس این فناوری و گسترش استفاده از آن به سایر مواد مشتق‌شده از سوخت‌های فسیلی مانند اسید اکریلیک، یک ماده‌ی کلیدی در پلیمر‌های مدرن، است.
پروفسور توماس بروک، هماهنگ‌کننده پروژه از دانشگاه فنی مونیخ، گفت: «زنجیره ارزش کربن سبز ما مسیر‌های جدیدی را برای جایگزینی مواد اولیه فسیلی در سراسر صنایع شیمیایی باز می‌کند.»
اگرچه تمرکز بر هوانوردی بوده است، مواد سبک و با استحکام بالای توسعه‌یافته در پروژه GreenCarbon کاربرد‌های بالقوه گسترده‌ای از جمله پره‌های توربین بادی، قطعات خودرو و تجهیزات ورزشی دارند.
از آنجا که الیاف کربن مطابق با استاندارد‌های شناخته‌شده صنعتی تولید می‌شدند، می‌توانستند بدون نیاز به تغییر اساسی در ابزارآلات، در گردش‌های کاری تولیدی موجود جای بگیرند.
نکته مهم این است که این پروژه فقط یک راه حل فنی ارائه نمی‌دهد، بلکه یک راه حل اقلیمی نیز ارائه می‌دهد.
از آنجایی که ریزجلبک‌ها به طور طبیعی CO₂ را در طول فتوسنتز جذب می‌کنند، استفاده از آنها به عنوان ماده اولیه، چرخه تولید تا حدی کربن منفی را ممکن می‌سازد. هنگامی که با ورودی‌های انرژی تجدیدپذیر ترکیب شود، کل فرآیند می‌تواند انتشار گاز‌های گلخانه‌ای مرتبط با تولید فیبر کربن را به شدت کاهش دهد.
با توجه به مقیاس‌پذیری که اکنون در چشم‌انداز است، چالش بعدی کنسرسیوم بهینه‌سازی اقتصاد فرآیند و ادغام این فناوری در محیط‌های صنعتی است. در صورت موفقیت، این رویکرد می‌تواند از گذار گسترده‌تر اروپا به مواد اولیه پایدار و زیستی پشتیبانی کند، رویکردی که مهندسی با کارایی بالا را از وابستگی به سوخت‌های فسیلی جدا می‌کند.
این کنسرسیوم امیدوار است که بودجه جدیدی را برای پروژه بعدی از وزارت تحقیقات، فناوری و فضا فدرال (BMFTR) دریافت کند.