در یک مطالعه جدید دانشگاه نورث وسترن(Northwestern)، این کاتالیزور با موفقیت CO 2 را به مونواکسید کربن (CO) تبدیل کرد، یک بلوک ساختمانی مهم برای تولید انواع مواد شیمیایی مفید. هنگامی که واکنش در حضور هیدروژن رخ می دهد، برای مثال، CO2 و هیدروژن به گاز سنتز تبدیل می شوند، یک پیش ساز بسیار ارزشمند برای تولید سوخت هایی که به طور بالقوه می توانند جایگزین بنزین شوند.
با پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌های جذب کربن، پس از احتراق در حال تبدیل شدن به یک گزینه قابل قبول برای کمک به مقابله با بحران جهانی تغییرات آب و هوایی است. اما نحوه کنترل کربن جذب شده همچنان یک سوال بی پایان است. کاتالیزور جدید به طور بالقوه می تواند یک راه حل برای دفع گازهای گلخانه ای قوی با تبدیل آن به یک محصول ارزشمندتر ارائه دهد.
میلاد خوشویی از نورث وسترن (Northwestern) که یکی از سرپرستان این مطالعه بود، گفت: «حتی اگر اکنون انتشار CO 2 را متوقف کنیم، اتمسفر ما همچنان در نتیجه فعالیت‌های صنعتی در قرن‌های گذشته CO2 مازاد خواهد داشت . “هیچ راه حل واحدی برای این مشکل وجود ندارد. ما باید انتشار CO 2 را کاهش دهیم و راه های جدیدی برای کاهش غلظت CO 2 موجود در جو پیدا کنیم. ما باید از همه راه حل های ممکن استفاده کنیم.”
فرها از نورث وسترن (Northwestern)، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: “ما اولین گروه تحقیقاتی نیستیم که CO2 را به محصول دیگری تبدیل می کنیم . ” با این حال، برای اینکه این فرآیند واقعاً عملی باشد، به یک کاتالیزور نیاز دارد که چندین معیار حیاتی را برآورده کند: مقرون به صرفه بودن، پایداری، سهولت تولید و مقیاس‌پذیری. متعادل کردن این چهار عنصر کلیدی است. خوشبختانه، مواد ما در برآورده کردن این الزامات برتر هستند.
فرها که متخصص فن آوری های جذب کربن است، استاد شیمی چارلز ای و اما اچ. موریسون در کالج هنر و علوم واینبرگ نورث وسترن است. پس از شروع این کار به عنوان دکتری. خوشوئی، کاندیدای دانشگاه کلگری در کانادا، اکنون دانشجوی فوق دکتری در آزمایشگاه فرها است.
راه حل از آبدار خانه
راز پشت کاتالیزور جدید کاربید مولیبدن است که یک ماده سرامیکی بسیار سخت است. بر خلاف بسیاری از کاتالیزورهای دیگر که به فلزات گران قیمت مانند پلاتین یا پالادیوم نیاز دارند، مولیبدن یک فلز ارزان قیمت، غیر گرانبها و فراوان در زمین است.
برای تبدیل مولیبدن به کاربید مولیبدن، دانشمندان به منبع کربن نیاز داشتند. آنها یک گزینه ارزان را در یک مکان غیرمنتظره کشف کردند: انبار. با کمال تعجب، شکر – نوع سفید و دانه دانه ای که تقریباً در هر خانواده ای یافت می شود – به عنوان منبع ارزان و راحت اتم های کربن عمل می کرد.
خوشوئی گفت: هر روز که سعی می کردم این مواد را سنتز کنم، شکر را از خانه به آزمایشگاه می آوردم. در مقایسه با سایر کلاس‌های موادی که معمولاً برای کاتالیزورها استفاده می‌شوند، مواد ما فوق‌العاده ارزان هستند.»
انتخابی پایدار با موفقیت
هنگام آزمایش کاتالیزور، فرها خوشویی و همکارانشان تحت تأثیر موفقیت آن قرار گرفتند. این کاتالیزور که در فشارهای محیطی و دمای بالا (300-600 درجه سانتیگراد) کار می کند، CO 2 را با گزینش پذیری 100٪ به CO تبدیل می کند.
گزینش پذیری بالا به این معنی است که کاتالیزور فقط بر روی CO 2 بدون ایجاد اختلال در مواد اطراف عمل می کند. به عبارت دیگر، صنعت می تواند کاتالیزور را برای حجم زیادی از گازهای جذب شده اعمال کند و به طور انتخابی فقط CO 2 را هدف قرار دهد . کاتالیزور نیز در طول زمان ثابت ماند، به این معنی که فعال ماند و تجزیه نشد.
فرها گفت: «در شیمی، غیرمعمول نیست که یک کاتالیزور پس از چند ساعت گزینش پذیری خود را از دست بدهد. اما پس از 500 ساعت در شرایط سخت، گزینش پذیری آن تغییری نکرد.
این امر به ویژه قابل توجه است زیرا CO 2 یک مولکول پایدار – و سرسخت – است.
خوشوئی گفت: تبدیل دی اکسید کربن کار آسانی نیست. دی‌اکسید کربن یک مولکول شیمیایی پایدار است و ما باید بر این پایداری غلبه می‌کردیم که انرژی زیادی می‌برد.
رویکرد پشت سر هم برای پاکسازی کربن
توسعه مواد برای جذب کربن تمرکز اصلی آزمایشگاه فرها است. گروه او چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFs) را توسعه می‌دهد، دسته‌ای از مواد بسیار متخلخل و در ابعاد نانو که فرها آن را به «اسفنج‌های حمام پیچیده و قابل برنامه‌ریزی» تشبیه می‌کند. فرها MOF ها را برای کاربردهای متنوع، از جمله کشیدن CO2 به طور مستقیم از هوا بررسی می کند .
اکنون، فرها می‌گوید MOFها و کاتالیزور جدید می‌توانند برای ایفای نقش در جذب و جداسازی کربن با یکدیگر همکاری کنند.
فرها پیشنهاد کرد: «در برخی مواقع، ما می‌توانیم از یک MOF برای جذب CO2 استفاده کنیم و به دنبال آن یک کاتالیزور آن را به چیزی مفیدتر تبدیل کنیم. “یک سیستم پشت سر هم با استفاده از دو ماده مجزا برای دو مرحله متوالی می تواند راه رو به جلو باشد.”
خوشوئی افزود: این می تواند به ما در پاسخ به این سوال کمک کند که با CO2 جذب شده چه کنیم ؟ “در حال حاضر، برنامه این است که آن را در زیر زمین جدا کنیم. اما مخازن زیرزمینی باید بسیاری از الزامات را برآورده کنند تا بتوانند به طور ایمن و دائمی CO 2 را ذخیره کنند . ما می خواستیم راه حل جهانی تری طراحی کنیم که بتواند در هر جایی از آن استفاده کرد و در عین حال ارزش اقتصادی اضافه کرد.”
این مطالعه «یک کاتالیزور کاربید مولیبدن مکعبی فعال و پایدار برای واکنش جابجایی معکوس آب-گاز با دمای بالا» توسط وزارت انرژی ایالات متحده، بنیاد ملی علوم و شورای تحقیقات علوم طبیعی و مهندسی کانادا پشتیبانی شد.
Materials provided by Northwestern University. Original written by Amanda Morris. Note: Content may be edited for style and length
