آلودگی‌ها به انرژی: فناوری پیشرو آمریکا CO2 را به منبع انرژی پاک تبدیل می‌کند
یک روش جدید برای تبدیل گازهای گلخانه‌ای مضر، مانند متان و دی‌اکسید کربن، به منابع ارزشمند نشان داده شده است.
آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) در ایالات متحده یک کاتالیزور جدید توسعه داده‌است که می‌تواند واکنش شیمیایی به نام «تجدید شکل خشک متان» را تقویت کند.
این فرآیند متان و دی‌اکسید کربن را به گاز سنتز با ارزش - مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن - تبدیل می‌کند.
گاز سنتز یک بلوک ساختمانی بسیار مهم برای بسیاری از محصولات، از سوخت‌ها تا مواد شیمیایی، است.
«گاز سنتز مهم است زیرا یک پلتفرم برای تولید بسیاری از مواد شیمیایی مصرفی است»، فیلیپ پولو-گارزون، نویسنده اصلی از ORNL گفت.
چالش غیرفعال‌سازی را برطرف کردن
تجدید شکل خشک متان یک واکنش شیمیایی است که نیاز به مقدار زیادی انرژی برای شروع و پیوستن به آن دارد.
این انرژی ورودی به صورت دمای بالا از 650 درجه سلسیوس (1200 درجه فارنهایت) تأمین می‌شود.
با این حال، دمای بالا به دو فرآیند غیرفعال‌سازی کاتالیزور منجر می‌شود.
یکی از چالش‌ها، سینترینگ است که توانایی کاتالیزور برای تعامل با واکنش‌گرها را کاهش می‌دهد. دومی کک‌سازی است، فرآیندی که کاتالیزور را با رسوبات کربن خفه می‌کند.
تیم ORNL این چالش را با توسعه یک کاتالیزور جدید که به غیرفعال‌سازی مقاوم است برطرف کرده‌است. این کاتالیزور به دقت تعاملات بین محل‌های فعال فلزی و ماده پشتیبان را کنترل می‌کند.
آن از ساختار کریستالی زئولیت با نیکل، سیلیکن، آلومینیوم و اکسیژن تشکیل شده‌است.
زئولیت یک ماده کریستالی با ساختار منحصر به فرد و متخلخل است. این ماده به عنوان یک چارچوب پایدار برای محل‌های فعال فلزی، در این کاتالیزور نیکل، عمل می‌کند.
جونان ژانگ، یکی دیگر از نویسندگان اصلی گفت: «زئولیت از نظر ترکیب شبیه به شن است».
«اما برخلاف شن، ساختار آن مانند یک اسفنج است که پر از حفره‌های کوچک است که هرکدام حدود 0.6 نانومتر قطر دارند. اگر بتوانید یک زئولیت را کاملاً باز کنید و سطح آن را نمایان کنید، 1 گرم نمونه حاوی سطحی حدود 500 متر مربع خواهد بود، که مقدار زیادی سطح نمایان شده است»، ژانگ افزود.
با ترکیب ثبات چارچوب زئولیت با فعالیت کاتالیزوری نیکل، محققان یک کاتالیزور بسیار مؤثر برای تجدید شکل خشک متان ایجاد کرده‌اند.
علاوه بر این، این کاتالیزور از تشکیل کک و سینترینگ جلوگیری می‌کند.
رویکرد پایدار
کاتالیزورها ‘ سطح بالای تماس سطحی را فراهم می‌کنند و واکنش‌های بسیاری از واکنش‌گرها را تقویت می‌کند که به افزایش نرخ واکنش کمک می‌کند. خواص الکترونیکی نیکل امکان اتصال واکنش‌گرها را فراهم می‌کند، و از پیوند شیمیایی و واگیری آنها حمایت می‌کند.
روش‌های سنتی برای تولید گاز سنتز اصلاح بخار متان است که یک فرآیند پر آب است که همچنین دی‌اکسید کربن را به عنوان محصول جانبی آزاد می‌کند.
به مقایسه، تجدید شکل خشک متان رویکرد پایدارتر ارائه می‌دهد.
این فرآیند متان و دی‌اکسید کربن را مستقیم به گاز سنتز با ارزش تبدیل می‌کند بدون نیاز به آب اضافی.
طبق بیانیه‌ی مطبوعاتی ، کاتالیزور جدید نشان‌دهنده فعالیت و پایداری کاتالیزوری برجسته‌ای برای تجدید شکل خشک متان است.
پولو-گارزون گفت: «ما عملاً یک پیوند قوی بین نیکل و میزبان زئولیت ایجاد می‌کنیم. این پیوند قوی کاتالیزور ما را به خرابی در دماهای بالا مقاوم می‌سازد».
محققان درخواست ثبت اختراع خود را برای حفاظت از اختراعشان داده‌اند که غیرفعال‌سازی کاتالیزور را کاهش می‌دهد.
یافته‌های این تحقیق در Nature Communications منتشر شده است.
