از نفت خام به تقویت باطری: تیم‌های آمریکایی تبدیل کُک نفتی به گرافیت برای نیروی خودروهای الکتریکی
تمرکز تحقیقاتی تغییر دهنده بازی توسط دانشگاه A&M تگزاس و برنامه تحقیقات پیشرفته انرژی وزارت انرژی آمریکا (ARPA-E) در حال تغییر روش پردازش کُک نفتی است.
این پروژه سه‌ساله با هزینه ۳ میلیون دلار به دنبال اصلاح فرآیند تبدیل کُک نفتی به گرافیت مصنوعی – یک جزء حیاتی برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی مانند باطری‌های لیتیوم-یون – و افزایش کارایی آن و کاهش مضرات زیست‌محیطی است.
دکتر فاروق حسن گفت: «ما نه تنها یک مشکل را حل می‌کنیم، بلکه این به معنای کاهش انتشار‌ها نیز است.»
دکتر مایکا گرین، معاون سرپرست بخش مهندسی شیمی دانشگاه A&M تگزاس، گفت: «هدف ما تغییر فرآیند با استفاده از کاتالیزورهاست تا بتوانیم کُک نفتی را به گرافیت مصنوعی تبدیل کنیم که برای کاربردهایی مانند باتری‌ها و کاهش وابستگی آمریکا به منابع خارجی گرافیت مناسب باشد.»
رویکردی پایدار برای تولید گرافیت
کُک نفتی، محصولی از پالایش نفت خام، می‌تواند به گرافیت تبدیل شود، اما روش سنتی زمان و انرژی زیادی مصرف می‌کند و نیاز به دماهای بالای ۵۰۰۰ درجه فارنهایت دارد. محققان دانشگاه A&M تگزاس، ارتباط‌های کاتالیزوری ابداع کرده‌اند که زمان پردازش و دمای مورد نیاز را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد.
این رویکرد نوآورانه بهره‌وری را افزایش می‌دهد و در عین حال انتشار کربن و هزینه‌های متحمل شده توسط تولید گرافیت مصنوعی سنتی را کاهش می‌دهد.
گرین اظهار داشت: «گروه من درگیر سنتز واقعی و توسعه کاتالیزور و نمایش قابلیت گسترش آن فرآیند است. ما قبلاً برخی آزمایش‌های نمونه الگوی در مقیاس آزمایشگاهی را انجام داده‌ایم، اما برای انتقال به صنعت، باید نشان دهیم که این کار در مقیاس بزرگ قابل انجام است.»
این تلاش بخشی از ابتکار VISION OPEN ARPA-E است که هدف آن بهبود اجزای مختلف اساسی صنعت انرژی مانند همجوشی هسته‌ای ، یکپارچگی شبکه و توسعه مواد شیمیایی و سوخت‌های پایدار است.
این ابتکار نه تنها به دنبال کاهش انتشار است، بلکه تقویت زنجیره‌های تأمین داخلی را با تبدیل کُک نفتی به محصولات کربنی مفید به جای سوختن آن برای سوخت انجام می‌دهد.
گسترش برای کاربردهای صنعتی
اگرچه مراحل آزمایش اولیه به موفقیت در مقیاس کوچک انجام شده است، مانع بعدی گسترش فرآیند به سطح صنعتی است.
حسن گفت: «گروه من در مدل‌سازی محاسباتی، شبیه‌سازی و بهینه‌سازی فناوری‌های نوظهور تخصص دارد.»
«ما به ویژه طراحی بهینه فرآیند و دامنه‌های عمل‌کنندگی برای این فناوری جدید هیجان‌انگیز که در آزمایشگاه دکتر گرین برای تولید محصولات شیمیایی ارزش‌افزوده بالا از کُک نفتی به روش پایدار توسعه یافته است را تعیین خواهیم کرد.»
اگر این روش قابل اجرا ثابت شود، کاتالیزوری گرافیت‌سازی به‌طور چشمگیری تولید گرافیت را آسان‌تر و پایدارتر می‌کند بدون وابستگی به منابع خارجی. همچنین دروازه‌ای را باز می‌کند که کُک نفتی به مواد ارزشمند بالاتری تبدیل شود و به راه‌حل‌های انرژی پاک‌تر و اقتصاد کربن دورانی‌تری کمک کند.
