کاتالیزور جدید، دی اکسید کربن را به سوخت تبدیل می‌کند

محققان دانشگاه استنفورد کاتالیزور جدیدی اختراع کرده‌اند که راندمان تبدیل دی اکسید کربن به سوخت را به طرز چشمگیری افزایش می‌دهد و نقش مهمی در کاهش آلایندگی خواهد داشت.

طی میلیون‌ها سال، فتوسنتز طبیعت به طول انجامید تا پس از آن گرما و فشار شدید ناشی از فعالیت‌های زمین‌شناسی برای انتقال دی اکسید کربن اتمسفر به زنجیره‌های طولانی هیدروکربنی، سوخت‌های فسیلی را تشکیل می‌دهند. ما توانایی تحمل میلیون‌ها سال را نداریم تا کربن اضافی اتمسفر را پاک کنیم، اما پیشرفت‌های شیمی می‌تواند به ما کمک کند تا با یک چشم به هم زدن تقریبا بخشی از مسیر را طی کنیم.

به گزارش ساینس‌آلرت، آخرین پیشرفت در این زمینه، کاتالیزور جدیدی است که می‌تواند مولکول‌های کربن (با زنجیره کوتاه) ساخته شده از دی اکسید کربن را با سرعتی بیشتر نسبت به روش‌های قبلی، حذف کند. فناوری جدید که توسط مهندسان شیمی در دانشگاه استنفورد ابداع شده است، ضایعات دی اکسید کربن و دوز مناسبی از هیدروژن را به زنجیره‌هایی از اتان، پروپان و حتی بوتان تبدیل می‌کند؛ این‌ها همه مولکول‌هایی هستند که می‌توانند به عنوان منبع سوخت عمل کنند.

ماتئو کارگنلو، مهندس شیمی در دانشگاه استنفورد می‌گوید:

ما می‌توانیم اساساً بنزین تولید کنیم.

در سال‌های اخیر، از هیچ تلاشی برای یافتن روش‌های اقتصادی به منظور بیرون کشیدن کربن از هوا و تبدیل آن به چیزی که مردم بخواهند برای آن هزینه کنند، مانند سوخت یا مواد مصنوعی مانند پلاستیک، دریغ نشده است. چالش جدی این است که بتوانیم مقادیر بسیار زیاد کربنی را که هر سال به اتمسفر پمپاژ می‌کنیم، کاهش دهد. به عبارت دیگر فرآیندی سریع نیاز داریم که بتوان آن را ارزان‌قیمت انجام داد و تا آنجا که ممکن است کربن را در هر مولکولی حذف کند.

کارگنلو می‌گوید:

برای جذب هرچه بیشتر کربن، طولانی‌ترین هیدروکربن‌های زنجیره را می‌خواهیم. زنجیره‌هایی با ۸ تا ۱۲ اتم کربن ایده‌آل خواهند بود.

فناوری‌های کنونی برای نزدیک شدن به این هدف تلاش می‌کنند. هر چه زنجیره طولانی‌تر باشد، گرما و فشار بیشتری مورد نیاز است، که باعث می‌شود فرآیند کارایی کمتر و هزینه بیشتری داشته باشد. کارگنلو و تیمش تحقیقات خود را روی پلیمرهای آلی متمرکز کردند؛ موادی با منافذی که می‌توان آن‌ها را به راحتی مقیاس‌بندی کرد تا متناسب با نوع ساختار مورد نیاز به منظور به حداکثر رساندن واکنش‌پذیری دی اکسید کربن و هیدروژن در زنجیره‌ها باشد.

در ترکیب با یک فلز کاتالیزوری موثر برای تسریع فرآیند (در این مورد، عنصر روتنیوم با اکسید تیتانیوم ترکیب شده است)، محققان می‌توانند با مدل‌سازی ساختارهای منفذی پلیمر، کارایی را بهبود بخشند. محققان کارایی را بهبود بخشیدند و افزایش ۱۰ برابری در گردش زنجیره‌های کربنی با وزن مولکولی بالا را نشان دادند. به طور درخورتوجهی، نرخ تولید زنجیره‌های چهار کربنه بوتان با پوشش دادن کاتالیزور در نوع خاصی از پلیمر آلی متخلخل، ۱۰۰۰ برابر افزایش یافت.

چنگ شوانگ ژو، مهندس شیمی و دانشجوی دکترا در آزمایشگاه کارگنلو، می‌گوید:

یک کاتالیزور بدون پوشش با مقدار زیادی هیدروژن روی سطح خود پوشانده می‌شود و توانایی کربن به منظور یافتن کربن‌های دیگر برای پیوند را محدود می‌کند. پلیمر متخلخل نسبت کربن به هیدروژن را کنترل می‌کند و به ما امکان می‌دهد زنجیره‌های کربنی طولانی‌تری از واکنش‌های مشابه ایجاد کنیم.

در حالت ایده‌آل، هر کربنی که می‌توانیم از اتمسفر بیرون بکشیم باید حفظ شود. سوخت‌های کربن خنثی ممکن است به قیمت ایجاد یک شیوه چرخشی برای کربن اتمسفر، به پرداخت هزینه‌های چنین فناوری‌هایی کمک کنند.

مرحله تولید بوتان بیشتر، که احتمال کمتری دارد به سرعت در دمای اتاق به گاز تبخیر شود و مانند زنجیرهای کوچکتر به اتمسفر نشت کند، بسیار مهم است. با این حال، با تحقیقات بیشتر، این نوع فرآیند شیمیایی ممکن است اشکال پایدارتری از هیدروکربن تولید کند که می‌تواند در ساختارهای پایدارتری که می‌خواهیم با خیال راحت ذخیره کنیم، ترکیب شوند.

البته راه‌حل طبیعت برای بیرون کشیدن کربن و استفاده از آن در مواد بیولوژیکی همیشه اولویت شماره یک خواهد بود. هیچ چیز بهتر از حفظ دی اکسید کربن در قالب گیاهان نیست. اما اگر این روش به ما کمک کند تا زودتر وابستگی خود به سوخت‌های فسیلی را از بین ببریم، راه‌حلی است که ارزش دنبال کردن را دارد.