زیست‌دیزل الکتریکی: ساخت سوخت از CO2 با کارایی ۴۵ برابر بیشتر توسط دانشمندان
وسایل نقلیه با سوخت دیزل به سبب انتشار کربن به میزان قابل توجهی به مشکلات محیط زیستی کمک می‌کنند که مسیر به سوی کربن‌زدایی را دشوار می‌سازد.
بر اساس داده‌های اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده، در سال ۲۰۲۲، سوخت دیزل تقریباً ۲۵٪ از کل انتشار دی‌اکسید کربن بخش حمل و نقل در ایالات متحده و حدود ۱۰٪ از انتشار کلی دی‌اکسید کربن مرتبط با انرژی را تشکیل داده است.
برای مقابله با این مسئله، جاشوا یوان از دانشکده مهندسی انرژی، محیط زیست و شیمی دانشگاه واشنگتن به همراه سوزی دای، استاد مهندسی شیمی و بیومدیکال دانشگاه میسوری، روشی با استفاده از الکتروکاتالیز برای تبدیل دی‌اکسید کربن به زیست‌دیزل الکتریکی توسعه داده‌اند.
این فرآیند جدید ۴۵ برابر کاراتر است و به ۴۵ برابر کمتر زمین نسبت به تولید زیست‌دیزل مبتنی بر سویا نیاز دارد.
نتایج کار آن‌ها به صورت آنلاین در Joule منتشر شده است.
زیست‌دیزل الکتریکی
یوان، که کار را با دای در دانشگاه تگزاس ای‌اند‌ام آغاز کرده است، گفت: «این ایده نو می‌تواند در اقتصاد دایره‌ای برای تولید سوخت‌ها، مواد شیمیایی، مواد و مواد غذایی با انتشار منفی با کارایی بیش از فتوسنتز و با انتشار کربن کمتر از پتروشیمی‌ها به کار رود.»
«ما به صورت سیستماتیک چالش‌های تولید زیستی الکتریکی را با شناسایی محدودیت‌های متابولیک و بیوشیمیایی استفاده از کربن دواتمی حل کرده‌ایم و از این محدودیت‌ها عبور کرده‌ایم.»
تیم با استفاده از الکتروکاتالیز، یک واکنش شیمیایی که توسط انتقال الکترون‌ها به و از واکنش‌دهندگان بر روی سطوح کاتالیزورها آغاز می‌شود، دی‌اکسید کربن را به واسطه‌های زیست‌سازگار مانند استات و اتانول تبدیل کردند.
سپس میکروب‌ها واسطه‌ها را به لیپیدها یا اسیدهای چرب تبدیل کردند و در نهایت به خوراک زیست‌دیزل تبدیل شدند، به گفته یوان که مدیر مرکز مهندسی تحقیقاتی Carbon Utilization Redesign for Biomanufacturing-Empowered Decarbonization (CURB) تامین شده از طرف بنیاد ملی علوم است.
فرآیند میکروبی و کاتالیزوری نوینی که توسط یوان، دای، و تیم‌هایشان توسعه یافته است، باعث شد زیست‌دیزل الکتریکی آن‌ها به ۴.۵٪ کارایی تبدیل خورشید به مولکول برای تبدیل دی‌اکسید کربن به لیپید برسد، که به طور قابل توجهی کاراتر از زیست‌دیزل است.
یوان توضیح داد که فتوسنتز طبیعی در گیاهان زمینی معمولاً کمتر از ۱٪ است، جایی که کمتر از ۱٪ انرژی خورشید به زیست‌توده از طریق تبدیل CO2 به مولکول‌های متنوع برای رشد گیاه تبدیل می‌شود.
CO2 به سوخت
«میزان انرژی که به پیش‌ماده زیست‌دیزل، لیپید رسید، حتی کمتر است زیرا لیپید انرژی بالایی دارد،» او گفت. «برعکس، فرآیند زیست‌دیزل الکتریکی می‌تواند ۴.۵٪ انرژی خورشیدی را به لیپیدها تبدیل کند وقتی یک پنل خورشیدی برق تولید می‌کند تا الکتروکاتالیز را به حرکت درآورد، بسیار بالاتر از فرآیند فتوسنتز طبیعی.
برای تحریک الکتروکاتالیز، تیم یک کاتالیزور جدید مبتنی بر روی و مس طراحی کرد که واسطه‌های کربن دواتمی تولید می‌کند که می‌توانند به همراه یک کرده مهندسی شده باکتری Rhodococcus jostiii (RHA1) که به تولید محتوای بالای لیپید شناخته می‌شود، به لیپیدها تبدیل شوند.
این کرده نیز پتانسیل متابولیک اتانول را افزایش داد، که می‌تواند به تبدیل استات، یک واسطه، به اسید چرب کمک کند.
پس از توسعه این فرآیند نوآورانه، تیم تاثیر آن بر تغییرات اقلیمی را مورد تحلیل قرار داد و نتایج امیدوارکننده‌ای پیدا کرد.
با استفاده از منابع تجدیدپذیر برای الکتروکاتالیز، فرآیند زیست‌دیزل الکتریکی می‌تواند ۱.۵۷ گرم دی‌اکسید کربن را به ازای هر گرم زیست‌دیزل الکتریکی تولید شده کاهش دهد با محصولات جانبی زیست‌توده، اتیلن و دیگر موارد، که به آن پتانسیل انتشار منفی می‌دهد.
در مقابل، تولید دیزل معمولی از نفت خام ۰.۵۲ گرم دی‌اکسید کربن به ازای هر گرم تولید می‌کند و روش‌های تولید زیست‌دیزل ۲.۵ تا ۹.۹ گرم دی‌اکسید کربن به ازای هر گرم لیپید تولید می‌کند.
یوان گفت: «این تحقیق مفهوم سکویی گسترده برای تبدیل بسیار بهینه انرژی تجدیدپذیر به مواد شیمیایی، سوخت و مواد را برای پرداختن به محدودیت‌های اساسی تمدن بشری ثابت می‌کند.
«این فرآیند می‌تواند بحران کمبود خوراک زیست‌دیزل را برطرف کند و تولید سوخت، شیمی و مواد تجدیدپذیر گسترده را با دستیابی به استقلال از سوخت‌های فسیلی در بخش‌هایی که به سوخت‌های فسیلی وابسته‌اند، مانند وسایل نقلیه سنگین‌بردید و هواپیماها، متحول سازد."
