راکتور الهام‌گرفته از نیلوفر آبی، انتشار کربن را به مواد شیمیایی و سوخت مفید تبدیل می‌کند
پژوهشگران دانشگاه مرکزی فلوریدا (UCF) در ایالات متحده با الهام از خاصیت آب‌گریزی یا آب‌گریز بودن گیاه نیلوفر آبی، دستگاهی بسیار کارآمد ساخته‌اند که می‌تواند دی‌اکسید کربن را به محصولات مفید تبدیل کند. این فناوری به منظور کاهش اثرات کربنی فعالیت‌های انسانی و همچنین تولید انرژی پایدارتر طراحی شده است.
مخترعان و دانشمندان با کنجکاوی به طبیعت می‌نگرند چرا که طبیعت گنجینه‌ای از الهامات برای پروژه‌های جدید و توضیحاتی درباره نحوه کار جهان اطراف ما است. با نگاه به حیوانات و گیاهان اطراف، ما تکنولوژی‌هایی مانند هواپیماها و سلول‌های خورشیدی را توسعه داده‌ایم که حمل و نقل سریعتر و انرژی پاک‌تری ارائه می‌دهند.
پژوهشگر دانشگاه UCF، یانگ یانگ که بخشی از گروه انرژی تجدیدپذیر و تبدیل شیمیایی (REACT) این دانشگاه است، روی دستگاهی کار می‌کرد که بتواند گاز دی‌اکسید کربن گرم‌کننده زمین را از اتمسفر بگیرد و آن را به محصولات مفید تبدیل کند.
در حالی که پژوهشگران دیگر تلاش‌های مشابهی داشته‌اند، یانگ با الهام از برگ نیلوفر آبی دستگاه خود را تکمیل کرد.
مشکل با فرآیند تبدیل CO2
برای کاهش اثرات گازهای گلخانه‌ای که وارد اتمسفر می‌شوند، صنایع به جای این که CO2 را وارد هوا کنند، به ذخیره طولانی مدت آن روی آورده‌اند. این تکنیک در حالی که موثر است، پیچیده و خطرناک است؛ چرا که CO2 ممکن است در آینده به طور تصادفی دوباره وارد اتمسفر شود.
تبدیل CO2 به محصولاتی مانند متانول، اتانول، اتیلن، استات یا پروپانول خیلی مفیدتر و پایدارتر است زیرا این محصولات در صنایع بسیار مورد تقاضا هستند. برای این کار، CO2 به دست آمده از طریق یک الکترود عبور داده می‌شود و به این محصولات تبدیل می‌شود.
دستگاه یانگ هر دو مرحله را در یک فرآیند ترکیب می‌کند، یعنی گرفتن CO2 مستقیماً از هوا و تبدیل آن به یک محصول مفید. با این حال، فرآیند جذب CO2 همچنین منجر به تراکم آب می‌شود که می‌تواند در مرحله تبدیل اختلال ایجاد کند.
وجود آب در طول این واکنش می‌تواند چالش بزرگی ایجاد کند. یانگ در بیانیه‌ای گفت: «اگر مواد شما توسط آب احاطه شده باشد، ممکن است به جای تبدیل دی‌اکسید کربن به مواد شیمیایی، هیدروژن تولید کنید.» «این موضوع بازده انرژی فرآیند کلی را کاهش می‌دهد.»
اگر آب از سطح مواد در این فرآیند جدا نشود، همچنین می‌تواند دستگاه را غرق کند و فرآیند تبدیل CO2 را متوقف سازد.
الهام از برگ نیلوفر آبی
با الهام از سطح آب‌گریز نیلوفر آبی، یانگ طراحی دستگاهی را ایجاد کرد که در آن آب جاری جدا از فرآیند تبدیل دی‌اکسید کربن باشد.
تیم او سطحی هیدروفوبیک شبیه به برگ نیلوفر آبی با استفاده از فیلم اکسید قلع و لایه فلورین ساخت. دستگاه سپس دی‌اکسید کربن گازی را از طریق یک الکترود متخلخل استخراج کرده و CO2 را به مونوکسید کربن و اسید فرمیک تبدیل می‌کند که به عنوان مواد خام برای ساخت مواد شیمیایی دیگر استفاده می‌شوند.
یانگ افزود: «موادی که ما استفاده می‌کنیم می‌توانند آب را از سطح دور کنند، بنابراین می‌توانیم از تشکیل هیدروژن جلوگیری کرده و بازده تبدیل دی‌اکسید کربن را به طور قابل توجهی افزایش دهیم.». «این بدان معنی است که نهایتاً می‌توانیم تقریباً تمام برق را برای واکنش خود استفاده کنیم.»
دستگاه تکنولوژیکی آن‌ها می‌تواند در مکان‌های تولید کربن مانند نیروگاه‌ها، صنایع و تأسیسات تولید شیمیایی قرار گیرد تا CO2 را مستقیماً از هوا بگیرد و تبدیل کند.
این پژوهش یک قدم مهم ابتدایی است و به عنوان مطالعه‌ای بنیادی که می‌تواند به تکنیک‌های گسترده‌تر جذب دی‌اکسید کربن منجر شود، مورد توجه قرار گرفته است.
یانگ می‌گوید: «برای این کار، ما مفهوم خود را از نظر بنیادی اعتبارسنجی کردیم.» «ما عملکرد را در رآکتورهای خود تست کردیم، اما در آینده می‌خواهیم یک نمونه بزرگتر توسعه دهیم تا به مردم نشان دهیم چقدر سریع می‌توانیم غلظت دی‌اکسید کربن را تبدیل کرده و کاهش دهیم و چگونه سریع می‌توانیم مواد شیمیایی یا سوخت تولید کنیم.»
یافته‌های پژوهشی در مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است.
