نقش نانوکاتالیست‌ها و فناوری‌های سبز در آینده صنعت انرژی و محیط‌زیست

عضو هیئت علمی و دانشیار گروه فناوری‌های شیمیایی سبز پژوهشکده صنایع شیمیایی سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران به مزایای نانوکاتالیست‌ها نسبت به کاتالیست‌های سنتی اشاره کرد و گفت: این فناوری‌ها می‌توانند به بهبود فرآیند‌های صنعتی و کاهش اثرات زیست‌محیطی کمک کنند.

کد خبر: ۱۱۸۷۵۵۲

يکشنبه - ۰۶ آبان ۱۴۰۳ / October 27, 2024

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، به نقل از سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، ناهید خندان عضو هیئت علمی و دانشیار گروه فناوری‌های شیمیایی سبز پژوهشکده صنایع شیمیایی سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران در مصاحبه‌‌ای به مزایای نانوکاتالیست‌ها نسبت به کاتالیست‌های سنتی اشاره کرد و گفت: این فناوری‌ها می‌توانند به بهبود فرآیندهای صنعتی و کاهش اثرات زیست‌محیطی کمک کنند.

وی همچنین بر اهمیت فناوری‌های سبز در تصفیه پساب و راهکارهای عملی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی فرآیندهای صنعتی تأکید کرد.

بخش دوم این مصاحبه با موضوع نقش نانوکاتالیست‌ها و فناوری‌های سبز در آینده صنعت انرژی و محیط‌زیست به شرح ذیل می‌باشد:

در پروژه‌های شما از نانوکاتالیست‌ها برای تولید انرژی استفاده شده است. نانوکاتالیست‌ها چه مزایایی نسبت به کاتالیست‌های سنتی دارند؟

نانوکاتالیست‌ها چندین مزیت شاخص نسبت به کاتالیست‌های سنتی دارند که باعث جذابیت فزاینده‌ی آنها برای کاربردهای مختلف صنعتی می‌شوند. نانوکاتالیست‌ها نسبت سطح به حجم بسیار بالاتری نسبت به کاتالیست‌های سنتی دارند. این مساحت سطح افزایش یافته اجازه می‌دهد تا مکان‌های فعال بیشتری برای واکنش‌های شیمیایی در دسترس باشد، که منجر به فعالیت کاتالیستی بالاتر و بهبود نرخ واکنش می‌شود. در دسترس بودن بیشتر سایت‌های فعال، کارایی فرآیندهای کاتالیستی را افزایش می‌دهد و واکنش‌های سریع‌تر و بازدهی بالاتر را ممکن می‌سازد. خواص نانوکاتالیست‌ها وابسته به اندازه است لذا امکان کنترل دقیق ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی آنها را فراهم می‌کند. این تنظیم پذیری، بهینه‌سازی مسیرهای واکنش و گزینش پذیری را امکان پذیر می‌کند، که به ویژه در صنایعی که به خلوص و بازده محصول بالا نیاز دارند، مانند داروسازی، سودمند است. بر اساس همین ویژگی‌ها نانوکاتالیست‌ها اغلب می‌توانند تحت شرایط عملیاتی ملایم‌تر در مقایسه با کاتالیست‌های سنتی عمل کنند که منجر به کاهش مصرف انرژی و به حداقل رسیدن اثرات زیست محیطی می‌شود که با اصول شیمی سبز همسو است. علاوه براین نانوکاتالیست‌ها عموماً پایداری و دوام بیشتری از خود نشان می‌دهند که منجر به طول عمر طولانی‌تر و کاهش نیاز به تعویض مکرر می‌شود و صرفه جویی در هزینه‌ها را به دنبال دارد. استحکام مکانیکی و مقاومت بیشتر آنها در برابر نوسانات دما و حلال‌ها، به افزایش طول عمر آنها کمک می‌کند. بر این اساس، نانوکاتالیست‌ها را می توان در طیف وسیعی از صنایع از جمله پتروشیمی، فرایندهای محیط زیستی و تولید انرژی به کار برد. علاوه بر این، نانوکاتالیست‌ها به دلیل نامحلول بودن در حلال‌های مختلف، راحت‌تر از کاتالیست‌های سنتی، از مخلوط‌های واکنش جدا می‌شوند. این ویژگی فرآیندهای بازیابی و بازیافت کاتالیست را ساده می‌کند و آنها را در کاربردهای صنعتی کارآمدتر می‌کند.

فناوری‌های نوظهور در حال بررسی نانوکاتالیست‌های چند منظوره یا «هوشمند» هستند که می‌توانند چندین واکنش کاتالیستی را انجام دهند یا فعالیت خود را بر اساس شرایط محیطی (مانند تغییرات دما) تنظیم کنند. این سازگاری می‌تواند فرآیندهای صنعتی را ساده تر کند و تولید پسماند را کاهش دهد. به طور خلاصه، نانوکاتالیست‌ها مزایای متعددی نسبت به کاتالیست‌های سنتی دارند، از جمله افزایش کارایی، پایداری، انتخاب‌پذیری و انعطاف‌پذیری عملیاتی.

شما به کاربردهای نانوذرات در تصفیه پساب‌ها و محیط‌زیست نیز پرداخته‌اید. به نظر شما، چگونه می‌توان از این فناوری‌ها برای حل مشکلات زیست‌محیطی استفاده کرد؟

نانوذرات می‌توانند نقش مهمی در حل مشکلات زیست ‌محیطی، به‌ویژه در تصفیه پساب داشته باشند. نانوذرات به دلیل نسبت سطح به حجم بالا، قابلیت جذب بهتری از خود نشان می‌دهند و این قابلیت را دارند که به طور موثری طیف وسیعی از آلاینده‌هایی مانند فلزات سنگین، ترکیبات آلی و عوامل بیماری زا را از فاضلاب حذف کنند. به عنوان مثال نانوذرات نقره به دلیل خواص ضد باکتریایی قوی خود می تواند به طور موثری میکروارگانیسم‌های مضر مانند E. coli موجود در آب را از بین ببرد. به همین ترتیب  نانوذرات اکسید آهن می‌توانند فلزات سنگین سمی مانند سرب و کادمیوم را جذب کنند و غلظت آنها را در پساب‌ها به میزان قابل توجهی کاهش دهند. برخی از این نانوذرات به صورت نانوکاتالیست عمل کرده و به واکنش‌های شیمیایی که مواد مضر موجود در فاضلاب را تجزیه می‌کنند، سرعت می‌بخشند. این می تواند منجر به فرآیندهای تصفیه کارآمدتر و سریع تر شود. نانوذرات را می‌توان برای کاربردهای خاص مهندسی کرد به طوری‌که امکان شناسایی و حذف سریع آلاینده‌های نوظهور مانند داروها و محصولات مراقبت شخصی از جریان‌های فاضلاب را فراهم ‌کند. استفاده از نانوذرات می تواند وابستگی به مواد شیمیایی مضر را که به طور سنتی در فرآیندهای تصفیه فاضلاب استفاده می شود، کاهش دهد. به عنوان مثال، استفاده از نانوذرات به جای کلر برای گندزدایی، می‌تواند از تولید محصولات جانبی و سمی  مضر، جلوگیری کند.  نانوذرات اغلب به انرژی کمتر و مواد شیمیایی کمتری برای تصفیه موثر نیاز دارند، که فرآیند کلی را اقتصادی‌تر می‌کند. علاوه بر این، توانایی کار در شرایط عملیاتی ملایم تر، مصرف انرژی را کاهش می دهد. بدین ترتیب ادغام فناوری نانو در فرآیندهای تصفیه پساب، می تواند منجر به کاهش هزینه های عملیاتی در مقایسه با روش های سنتی شود.

با استفاده از این ویژگی‌ها، نانوذرات می‌توانند به طور قابل توجهی اثربخشی و کارایی تصفیه پساب را افزایش داده و به محیطی پاک‌تر و سالم‌تر کمک کنند.

با توجه به تجربه شما در حوزه فناوری‌های شیمیایی سبز، چه راهکارهایی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی فرآیندهای صنعتی پیشنهاد می‌کنید؟

برای کاهش اثرات زیست محیطی فرآیندهای صنعتی، پذیرش فناوری های شیمیایی سبز ضروری است. استراتژی های مختلفی برای این منظور وجود دارد. یکی از آنها پیشگیری از تشکیل زباله است، یعنی اجرای فرآیندهایی که تولید زباله در منبع را به حداقل می رساند و محصول جانبی کمتری تولید می کنند یا طراحی محصولاتی که پس از استفاده به مواد غیر سمی تجزیه می شوند و اثرات زیست محیطی طولانی مدت را کاهش می دهند. با استفاده از کاتالیست و انجام واکنش کاتالیستی به جای فرایند استوکیومتری، می توان ضایعات را به میزان قابل توجهی کاهش داد. کاتالیستها راندمان واکنش را افزایش می‌دهند که منجر به بازده بالاتر و تولید ضایعات کمتر می‌شود. اجرای سیستم های بازیافت و استفاده مجدد از مواد در فرآیندهای صنعتی نیز می تواند منجر به کاهش ضایعات و مصرف منابع گردد.

راه حل  دیگر استفاده از مواد اولیه تجدیدپذیر، مانند مواد اولیه گیاهی، به جای مواد نفتی است که وابستگی به سوخت های فسیلی را کاهش دهد. این تغییر نه تنها انتشار کربن را کاهش می دهد، بلکه پایداری در منابع را نیز ارتقا می دهد. استفاده از مواد شیمیایی که خطرات کمتری برای سلامتی انسان و محیط زیست دارند مثل جایگزینی حلال‌های آلی فرار با گزینه‌های سبزتر (مانند آب یا مایعات یونی) می تواند انتشار مواد سمی را کاهش دهد و ایمنی را در محیط های صنعتی بهبود بخشد. بهینه سازی فرآیندها برای مصرف انرژی کمتر، مثل اجرای فرآیندهایی که تحت شرایط عملیاتی ملایم تر عمل می‌کنند (مانند دما و فشار کمتر) نیز می‌تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی شود. برای مثال، نانوکاتالیست‌ها می‌توانند واکنش‌ها را تحت شرایط عملیاتی ملایم‌تر تسهیل کنند و در عین حال راندمان بالا را حفظ کنند. با توسعه نانوکاتالیست‌های چند منظوره که می‌توانند فعالیت خود را بر اساس شرایط واکنش تنظیم کنند، می‌توانن فرآیندها را ساده‌سازی کرده و مصرف اضافی مواد را کاهش داد. استفاده از آنزیم‌ها به جای کاتالیزورهای شیمیایی سنتی می تواند منجر به واکنش‌های کارآمدتر و دوستدار محیط زیست شود. بیوکاتالیست‌ها نیز اغلب به شرایط ملایم تری نیاز دارد و محصولات جانبی کمتری تولید می‌کند، که آنها را به یک جایگزین پایدار در صنایع مختلف تبدیل می‌کند.

با ادغام این راه حل‌ها در صنعت و با اتخاذ این فناوری‌های شیمیایی سبز، صنایع می‌توانند اثرات زیست محیطی خود را به میزان قابل توجهی کاهش دهند و در عین حال کارایی و سودآوری خود را حفظ یا حتی بهبود بخشند. انتقال به فناوری‌های شیمیایی سبز نه تنها به نفع محیط‌زیست است، بلکه صنایع را در بازاری که به طور فزاینده‌ای بر پایداری متمرکز شده است، در موقعیت مطلوبی قرار می‌دهد.

در پروژه‌های شما به ترکیب انرژی و فناوری نانو پرداخته شده است. به نظر شما، چه فناوری‌هایی در دهه آینده بیشترین تأثیر را بر صنعت انرژی خواهند گذاشت؟

صنعت انرژی برای دگرگونی قابل توجهی در دهه آینده آماده است که توسط چندین فناوری  نوظهور و روند کلیدی هدایت می شود. اولین فرایند، تولید هیدروژن سبز است. انتظار می رود هیدروژن تولید شده با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر نقش مهمی در کربن زدایی بخش‌های مختلف از جمله حمل و نقل و فرآیندهای صنعتی ایفا کند. فنآوری‌های پیشرفته باتری نیز از دیگر تکنولوژی‌های پیشرو است که تاثیر قابل توجهی بر صنعت انرژی خواهد داشت. پیشبینی می شود تقاضا برای ذخیره انرژی، به ویژه برای وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) افزایش یابد. انتظار می‌رود تعداد خودروهای برقی در جاده ها به طور چشمگیری افزایش یابد، این تغییر به پیشرفت‌های قابل توجهی در زیرساخت شارژ و فناوری باتری نیاز دارد. نوآوری‌ها در ذخیره‌سازی باتری، مانند باتری‌های حالت جامد و باتری‌های  قابل شارژ جریانی، قابلیت‌های ذخیره‌سازی انرژی را افزایش می‌دهند و منابع انرژی تجدیدپذیر را قابل اعتمادتر و کارآمدتر می‌کنند. تحول بعدی در زمینه هوش مصنوعی است، هوش مصنوعی تولید، توزیع و مصرف انرژی را بهینه می‌کند و منجر به سیستم‌های انرژی کارآمدتر و پایدار می‌شود. فنآوری‌هایی که ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه را بهبود می‌بخشد، مانند شبکه‌های هوشمند و سیستم‌های مدیریت انرژی، نیز به تعادل عرضه و تقاضا به طور موثرتر کمک می‌کند.

از آنجایی که صنایع قصد دارند آلایندگی کربن خود را کاهش دهند، فناوری‌های CCS در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از استفاده از سوخت های فسیلی اهمیت فزاینده‌ای پیدا خواهند کرد. فنآوری‌های CCS انتشار دی اکسید کربن از فرآیندهای صنعتی و نیروگاه ها را جذب می کند و اثرات زیست محیطی آنها را کاهش می دهد. پیشرفت در انرژی زیستی، از جمله سوخت‌های زیستی و بیوگاز، نیز جایگزین‌های پایداری برای سوخت‌های فسیلی ارائه خواهد کرد.

انتظار می‌رود که دهه آینده شاهد یک تغییر عمیق در چشم‌انداز انرژی خواهیم بود که با افزایش اتکا به منابع تجدیدپذیر، پیشرفت در فناوری‌های ذخیره‌سازی، تحول دیجیتال از طریق هوش مصنوعی و بلاک چین و مدل‌های تجاری نوآورانه مشخص می‌شود. هدف این روندها در مجموع ایجاد یک سیستم انرژی پایدارتر، کارآمدتر و انعطاف پذیرتر در سطح جهانی است.

شما در حوزه‌های مختلفی از جمله پیل‌های سوختی و نانوکاتالیست‌ها فعالیت دارید. فکر می‌کنید ایران در این حوزه‌ها در مقایسه با دیگر کشورها چه جایگاهی دارد و چگونه می‌توان این جایگاه را ارتقا داد؟

ایران در زمینه پیل‌های سوختی و نانوکاتالیست‌ها پیشرفت‌هایی داشته است، اما همچنان به دلیل محدودیت‌های اقتصادی، اتکا به سوخت‌های فسیلی و زیرساخت‌های تحقیقاتی محدود و همکاری ناکافی بین دانشگاه، صنعت و دولت، در این زمینه‌ها از کشورهای پیشرو و توسعه یافته عقب است. کشور ما علیرغم داشتن ذخایر قابل توجه گاز طبیعی که می‌تواند تولید هیدروژن را تسهیل کند، جایگاه قابل توجهی در بازار جهانی هیدروژن و پیل سوختی ندارد. در حال حاضر کشور ما از رقبای منطقه ای مانند ترکیه و عربستان سعودی که سرمایه گذاری‌های قابل توجه تری در زمینه انرژی‌های تجدیدپذیر و فناوری‌های هیدروژن انجام داده اند، عقب است. هر چند دولت برنامه‌هایی از جمله تهیه پیش نویس سند ملی هیدروژن، را برای توسعه هیدروژن و هدایت تلاشهای آینده آغاز کرده است، با این حال، بودجه ناکافی و سرعت کند اجرای پروژه مانع پیشرفت آن شده است. یک مانع مهم فقدان بودجه کافی برای تحقیق و توسعه هم در زمینه پیل‌های سوختی و هم در فناوری نانو است. این امر مانع نوآوری و افزایش مقیاس پروژه‌ها می شود. زیرساخت کافی برای تولید و توزیع هیدروژن نیز وجود ندارد که برای ایجاد یک بازار مناسب بسیار مهم است. علاوه بر اینها یک سیاست ملی شفاف که از فناوری‌های انرژی پاک حمایت می کند نیز  وجود ندارد.

با این حال، راه‌هایی برای بهبود وجود دارد که می‌تواند توانایی‌های ایران را در این زمینه‌ها افزایش دهد. مهمترین آن تأمین بودجه بیشتر از هر دو بخش دولتی و خصوصی برای حمایت از تحقیق و توسعه در این زمینه‌ها و  تقویت زیرساخت‌های تحقیقاتی و سرمایه گذاری در آزمایشگاه‌ها و تجهیزات پیشرفته برای تسهیل تحقیقات پیشرفته است. علاوه بر آن تدوین یک استراتژی ملی جامع که اهداف روشنی را برای تولید هیدروژن و استقرار فناوری پیل سوختی را مشخص می کند، می تواند بسیار راه گشا باشد.

در کنار این موارد تقویت همکاری قوی‌تر بین دانشگاه‌ها، مؤسسات تحقیقاتی و صنعت برای هدایت نوآوری و انتقال فناوری،  جذب استعدادها و تشویق به بازگشت دانشمندان و مهندسان ایرانی شاغل در خارج از کشور با ارائه حقوق رقابتی و فرصت‌های تحقیقاتی و ایجاد مشارکت‌های بین‌المللی با کشورها و موسسات پیشرو برای دستیابی به فناوری‌ها و تخصص‌های پیشرفته، کشور ما نیز می‌تواند موقعیت خود را در زمینه پیل‌های سوختی و نانوکاتالیست‌ها بهبود بخشد و در نهایت به آینده انرژی پایدارتر کمک کند.به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، به نقل از سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، ناهید خندان عضو هیئت علمی و دانشیار گروه فناوری‌های شیمیایی سبز پژوهشکده صنایع شیمیایی سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران در مصاحبه‌ای به مزایای نانوکاتالیست‌ها نسبت به کاتالیست‌های سنتی اشاره کرد و گفت: این فناوری‌ها می‌توانند به بهبود فرآیند‌های صنعتی و کاهش اثرات زیست‌محیطی کمک کنند.

وی همچنین بر اهمیت فناوری‌های سبز در تصفیه پساب و راهکار‌های عملی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی فرآیند‌های صنعتی تأکید کرد.

نانوکاتالیست‌ها چندین مزیت شاخص نسبت به کاتالیست‌های سنتی دارند که باعث جذابیت فزاینده‌ی آنها برای کاربرد‌های مختلف صنعتی می‌شوند. نانوکاتالیست‌ها نسبت سطح به حجم بسیار بالاتری نسبت به کاتالیست‌های سنتی دارند. این مساحت سطح افزایش یافته اجازه می‌دهد تا مکان‌های فعال بیشتری برای واکنش‌های شیمیایی در دسترس باشد، که منجر به فعالیت کاتالیستی بالاتر و بهبود نرخ واکنش می‌شود. در دسترس بودن بیشتر سایت‌های فعال، کارایی فرآیند‌های کاتالیستی را افزایش می‌دهد و واکنش‌های سریع‌تر و بازدهی بالاتر را ممکن می‌سازد. خواص نانوکاتالیست‌ها وابسته به اندازه است لذا امکان کنترل دقیق ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی آنها را فراهم می‌کند. این تنظیم پذیری، بهینه‌سازی مسیر‌های واکنش و گزینش پذیری را امکان پذیر می‌کند، که به ویژه در صنایعی که به خلوص و بازده محصول بالا نیاز دارند، مانند داروسازی، سودمند است. بر اساس همین ویژگی‌ها نانوکاتالیست‌ها اغلب می‌توانند تحت شرایط عملیاتی ملایم‌تر در مقایسه با کاتالیست‌های سنتی عمل کنند که منجر به کاهش مصرف انرژی و به حداقل رسیدن اثرات زیست محیطی می‌شود که با اصول شیمی سبز همسو است. علاوه براین نانوکاتالیست‌ها عموماً پایداری و دوام بیشتری از خود نشان می‌دهند که منجر به طول عمر طولانی‌تر و کاهش نیاز به تعویض مکرر می‌شود و صرفه جویی در هزینه‌ها را به دنبال دارد. استحکام مکانیکی و مقاومت بیشتر آنها در برابر نوسانات دما و حلال‌ها، به افزایش طول عمر آنها کمک می‌کند. بر این اساس، نانوکاتالیست‌ها را می‌توان در طیف وسیعی از صنایع از جمله پتروشیمی، فرایند‌های محیط زیستی و تولید انرژی به کار برد. علاوه بر این، نانوکاتالیست‌ها به دلیل نامحلول بودن در حلال‌های مختلف، راحت‌تر از کاتالیست‌های سنتی، از مخلوط‌های واکنش جدا می‌شوند. این ویژگی فرآیند‌های بازیابی و بازیافت کاتالیست را ساده می‌کند و آنها را در کاربرد‌های صنعتی کارآمدتر می‌کند.

فناوری‌های نوظهور در حال بررسی نانوکاتالیست‌های چند منظوره یا «هوشمند» هستند که می‌توانند چندین واکنش کاتالیستی را انجام دهند یا فعالیت خود را بر اساس شرایط محیطی (مانند تغییرات دما) تنظیم کنند. این سازگاری می‌تواند فرآیند‌های صنعتی را ساده‌تر کند و تولید پسماند را کاهش دهد. به طور خلاصه، نانوکاتالیست‌ها مزایای متعددی نسبت به کاتالیست‌های سنتی دارند، از جمله افزایش کارایی، پایداری، انتخاب‌پذیری و انعطاف‌پذیری عملیاتی.

شما به کاربرد‌های نانوذرات در تصفیه پساب‌ها و محیط‌زیست نیز پرداخته‌اید. به نظر شما، چگونه می‌توان از این فناوری‌ها برای حل مشکلات زیست‌محیطی استفاده کرد؟

نانوذرات می‌توانند نقش مهمی در حل مشکلات زیست محیطی، به‌ویژه در تصفیه پساب داشته باشند. نانوذرات به دلیل نسبت سطح به حجم بالا، قابلیت جذب بهتری از خود نشان می‌دهند و این قابلیت را دارند که به طور موثری طیف وسیعی از آلاینده‌هایی مانند فلزات سنگین، ترکیبات آلی و عوامل بیماری زا را از فاضلاب حذف کنند. به عنوان مثال نانوذرات نقره به دلیل خواص ضد باکتریایی قوی خود می‌تواند به طور موثری میکروارگانیسم‌های مضر مانند E. coli موجود در آب را از بین ببرد. به همین ترتیب نانوذرات اکسید آهن می‌توانند فلزات سنگین سمی مانند سرب و کادمیوم را جذب کنند و غلظت آنها را در پساب‌ها به میزان قابل توجهی کاهش دهند. برخی از این نانوذرات به صورت نانوکاتالیست عمل کرده و به واکنش‌های شیمیایی که مواد مضر موجود در فاضلاب را تجزیه می‌کنند، سرعت می‌بخشند. این می‌تواند منجر به فرآیند‌های تصفیه کارآمدتر و سریع‌تر شود. نانوذرات را می‌توان برای کاربرد‌های خاص مهندسی کرد به طوری‌که امکان شناسایی و حذف سریع آلاینده‌های نوظهور مانند دارو‌ها و محصولات مراقبت شخصی از جریان‌های فاضلاب را فراهم کند. استفاده از نانوذرات می‌تواند وابستگی به مواد شیمیایی مضر را که به طور سنتی در فرآیند‌های تصفیه فاضلاب استفاده می‌شود، کاهش دهد. به عنوان مثال، استفاده از نانوذرات به جای کلر برای گندزدایی، می‌تواند از تولید محصولات جانبی و سمی مضر، جلوگیری کند. نانوذرات اغلب به انرژی کمتر و مواد شیمیایی کمتری برای تصفیه موثر نیاز دارند، که فرآیند کلی را اقتصادی‌تر می‌کند. علاوه بر این، توانایی کار در شرایط عملیاتی ملایم تر، مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. بدین ترتیب ادغام فناوری نانو در فرآیند‌های تصفیه پساب، می‌تواند منجر به کاهش هزینه‌های عملیاتی در مقایسه با روش‌های سنتی شود.

با توجه به تجربه شما در حوزه فناوری‌های شیمیایی سبز، چه راهکار‌هایی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی فرآیند‌های صنعتی پیشنهاد می‌کنید؟

برای کاهش اثرات زیست محیطی فرآیند‌های صنعتی، پذیرش فناوری‌های شیمیایی سبز ضروری است. استراتژی‌های مختلفی برای این منظور وجود دارد. یکی از آنها پیشگیری از تشکیل زباله است، یعنی اجرای فرآیند‌هایی که تولید زباله در منبع را به حداقل می‌رساند و محصول جانبی کمتری تولید می‌کنند یا طراحی محصولاتی که پس از استفاده به مواد غیر سمی تجزیه می‌شوند و اثرات زیست محیطی طولانی مدت را کاهش می‌دهند. با استفاده از کاتالیست و انجام واکنش کاتالیستی به جای فرایند استوکیومتری، می‌توان ضایعات را به میزان قابل توجهی کاهش داد. کاتالیست‌ها راندمان واکنش را افزایش می‌دهند که منجر به بازده بالاتر و تولید ضایعات کمتر می‌شود. اجرای سیستم‌های بازیافت و استفاده مجدد از مواد در فرآیند‌های صنعتی نیز می‌تواند منجر به کاهش ضایعات و مصرف منابع گردد.

راه حل دیگر استفاده از مواد اولیه تجدیدپذیر، مانند مواد اولیه گیاهی، به جای مواد نفتی است که وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش دهد. این تغییر نه تنها انتشار کربن را کاهش می‌دهد، بلکه پایداری در منابع را نیز ارتقا می‌دهد. استفاده از مواد شیمیایی که خطرات کمتری برای سلامتی انسان و محیط زیست دارند مثل جایگزینی حلال‌های آلی فرار با گزینه‌های سبزتر (مانند آب یا مایعات یونی) می‌تواند انتشار مواد سمی را کاهش دهد و ایمنی را در محیط‌های صنعتی بهبود بخشد. بهینه سازی فرآیند‌ها برای مصرف انرژی کمتر، مثل اجرای فرآیند‌هایی که تحت شرایط عملیاتی ملایم‌تر عمل می‌کنند (مانند دما و فشار کمتر) نیز می‌تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی شود. برای مثال، نانوکاتالیست‌ها می‌توانند واکنش‌ها را تحت شرایط عملیاتی ملایم‌تر تسهیل کنند و در عین حال راندمان بالا را حفظ کنند. با توسعه نانوکاتالیست‌های چند منظوره که می‌توانند فعالیت خود را بر اساس شرایط واکنش تنظیم کنند، می‌توانن فرآیند‌ها را ساده‌سازی کرده و مصرف اضافی مواد را کاهش داد. استفاده از آنزیم‌ها به جای کاتالیزور‌های شیمیایی سنتی می‌تواند منجر به واکنش‌های کارآمدتر و دوستدار محیط زیست شود. بیوکاتالیست‌ها نیز اغلب به شرایط ملایم تری نیاز دارد و محصولات جانبی کمتری تولید می‌کند، که آنها را به یک جایگزین پایدار در صنایع مختلف تبدیل می‌کند.

صنعت انرژی برای دگرگونی قابل توجهی در دهه آینده آماده است که توسط چندین فناوری نوظهور و روند کلیدی هدایت می‌شود. اولین فرایند، تولید هیدروژن سبز است. انتظار می‌رود هیدروژن تولید شده با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر نقش مهمی در کربن زدایی بخش‌های مختلف از جمله حمل و نقل و فرآیند‌های صنعتی ایفا کند. فنآوری‌های پیشرفته باتری نیز از دیگر تکنولوژی‌های پیشرو است که تاثیر قابل توجهی بر صنعت انرژی خواهد داشت. پیشبینی می‌شود تقاضا برای ذخیره انرژی، به ویژه برای وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) افزایش یابد. انتظار می‌رود تعداد خودرو‌های برقی در جاده‌ها به طور چشمگیری افزایش یابد، این تغییر به پیشرفت‌های قابل توجهی در زیرساخت شارژ و فناوری باتری نیاز دارد. نوآوری‌ها در ذخیره‌سازی باتری، مانند باتری‌های حالت جامد و باتری‌های قابل شارژ جریانی، قابلیت‌های ذخیره‌سازی انرژی را افزایش می‌دهند و منابع انرژی تجدیدپذیر را قابل اعتمادتر و کارآمدتر می‌کنند. تحول بعدی در زمینه هوش مصنوعی است، هوش مصنوعی تولید، توزیع و مصرف انرژی را بهینه می‌کند و منجر به سیستم‌های انرژی کارآمدتر و پایدار می‌شود. فنآوری‌هایی که ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه را بهبود می‌بخشد، مانند شبکه‌های هوشمند و سیستم‌های مدیریت انرژی، نیز به تعادل عرضه و تقاضا به طور موثرتر کمک می‌کند.

از آنجایی که صنایع قصد دارند آلایندگی کربن خود را کاهش دهند، فناوری‌های CCS در کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای ناشی از استفاده از سوخت‌های فسیلی اهمیت فزاینده‌ای پیدا خواهند کرد. فنآوری‌های CCS انتشار دی اکسید کربن از فرآیند‌های صنعتی و نیروگاه‌ها را جذب می‌کند و اثرات زیست محیطی آنها را کاهش می‌دهد. پیشرفت در انرژی زیستی، از جمله سوخت‌های زیستی و بیوگاز، نیز جایگزین‌های پایداری برای سوخت‌های فسیلی ارائه خواهد کرد.

انتظار می‌رود که دهه آینده شاهد یک تغییر عمیق در چشم‌انداز انرژی خواهیم بود که با افزایش اتکا به منابع تجدیدپذیر، پیشرفت در فناوری‌های ذخیره‌سازی، تحول دیجیتال از طریق هوش مصنوعی و بلاک چین و مدل‌های تجاری نوآورانه مشخص می‌شود. هدف این روند‌ها در مجموع ایجاد یک سیستم انرژی پایدارتر، کارآمدتر و انعطاف پذیرتر در سطح جهانی است.

شما در حوزه‌های مختلفی از جمله پیل‌های سوختی و نانوکاتالیست‌ها فعالیت دارید. فکر می‌کنید ایران در این حوزه‌ها در مقایسه با دیگر کشور‌ها چه جایگاهی دارد و چگونه می‌توان این جایگاه را ارتقا داد؟

ایران در زمینه پیل‌های سوختی و نانوکاتالیست‌ها پیشرفت‌هایی داشته است، اما همچنان به دلیل محدودیت‌های اقتصادی، اتکا به سوخت‌های فسیلی و زیرساخت‌های تحقیقاتی محدود و همکاری ناکافی بین دانشگاه، صنعت و دولت، در این زمینه‌ها از کشور‌های پیشرو و توسعه یافته عقب است. کشور ما علیرغم داشتن ذخایر قابل توجه گاز طبیعی که می‌تواند تولید هیدروژن را تسهیل کند، جایگاه قابل توجهی در بازار جهانی هیدروژن و پیل سوختی ندارد. در حال حاضر کشور ما از رقبای منطقه‌ای مانند ترکیه و عربستان سعودی که سرمایه گذاری‌های قابل توجه تری در زمینه انرژی‌های تجدیدپذیر و فناوری‌های هیدروژن انجام داده اند، عقب است. هر چند دولت برنامه‌هایی از جمله تهیه پیش نویس سند ملی هیدروژن، را برای توسعه هیدروژن و هدایت تلاش‌های آینده آغاز کرده است، با این حال، بودجه ناکافی و سرعت کند اجرای پروژه مانع پیشرفت آن شده است. یک مانع مهم فقدان بودجه کافی برای تحقیق و توسعه هم در زمینه پیل‌های سوختی و هم در فناوری نانو است. این امر مانع نوآوری و افزایش مقیاس پروژه‌ها می‌شود. زیرساخت کافی برای تولید و توزیع هیدروژن نیز وجود ندارد که برای ایجاد یک بازار مناسب بسیار مهم است. علاوه بر اینها یک سیاست ملی شفاف که از فناوری‌های انرژی پاک حمایت می‌کند نیز وجود ندارد.

با این حال، راه‌هایی برای بهبود وجود دارد که می‌تواند توانایی‌های ایران را در این زمینه‌ها افزایش دهد. مهمترین آن تأمین بودجه بیشتر از هر دو بخش دولتی و خصوصی برای حمایت از تحقیق و توسعه در این زمینه‌ها و تقویت زیرساخت‌های تحقیقاتی و سرمایه گذاری در آزمایشگاه‌ها و تجهیزات پیشرفته برای تسهیل تحقیقات پیشرفته است. علاوه بر آن تدوین یک استراتژی ملی جامع که اهداف روشنی را برای تولید هیدروژن و استقرار فناوری پیل سوختی را مشخص می‌کند، می‌تواند بسیار راه گشا باشد.

در کنار این موارد تقویت همکاری قوی‌تر بین دانشگاه‌ها، مؤسسات تحقیقاتی و صنعت برای هدایت نوآوری و انتقال فناوری، جذب استعداد‌ها و تشویق به بازگشت دانشمندان و مهندسان ایرانی شاغل در خارج از کشور با ارائه حقوق رقابتی و فرصت‌های تحقیقاتی و ایجاد مشارکت‌های بین‌المللی با کشور‌ها و موسسات پیشرو برای دستیابی به فناوری‌ها و تخصص‌های پیشرفته، کشور ما نیز می‌تواند موقعیت خود را در زمینه پیل‌های سوختی و نانوکاتالیست‌ها بهبود بخشد و در نهایت به آینده انرژی پایدارتر کمک کند.