تبدیل کربن‌ دی ‌اکسید به سوخت جت در آزمایشگاه

صنعت هواپیمایی در دهه‌ی گذشته به‌ دنبال راه‌هایی مانند خرید آفست‌های کربن یا تعدیل کربن (پروژه‌های کاشت درختان یا مزارع بادی) بوده است تا کربن ‌دی‌اکسیدی که جت‌ها حین پرواز منتشر می‌کنند، جبران کند. در همین حین، فرودگاه‌های سانفرانسیسکو، شیکاگو و لس آنجلس همراه‌با ده‌ها فرودگاه اروپایی در حال استفاده از سوخت‌های جایگزین سبزتر برای کمک به دستیابی به اهداف کاهش کربن هستند.

اکنون گروهی از پژوهشگران دانشگاه آکسفورد در انگلستان فرایندی آزمایشی ارائه کرده‌ است که ممکن است بتواند کربن ‌دی‌اکسید (گاز گلخانه‌ای که به‌ وسیله‌ی تمام موتورهای بنزینی تولید می‌شود) را به سوخت جت تبدیل کند. در صورت موفقیت، این فرایند که از واکنش شیمیایی مبتنی‌ بر آهن استفاده می‌کند، کمک خواهد کرد تا انتشارات کربنی هواپیماها به صفر برسد.

آزمایش مذکور که به‌تازگی در مجله‌ی Nature Communications گزارش شده است، در آزمایشگاه انجام شد و لازم است در مقیاس وسیع‌تری تکرار شود. اما مهندسان شیمی که فرایند را طراحی و اجرا کرده‌اند، امیدوار هستند روش آن‌ها بتواند در زمینه‌ی تغییرات اقلیمی تحول‌آفرین باشد. تیانکون شیائو، پژوهشگر ارشد گروه شیمی دانشگاه آکسفورد و از نویسندگان مقاله، می‌گوید:

تغییرات اقلیمی در حال شتاب گرفتن است و ما انتشارات کربنی زیادی داریم. در حال ‌حاضر زیرساخت‌های سوخت‌ هیدروکربنی وجود دارد. این فرایند می‌تواند به کاهش شدت تغییرات اقلیمی و استفاده از زیرساخت‌های کربنی موجود برای توسعه پایدار کمک کند.

وقتی سوخت‌های فسیلی مانند نفت یا گاز طبیعی می‌سوزند، هیدروکربن‌های آن‌ها به کربن ‌دی‌اکسید و آب تبدیل می‌شوند و طی این فرایند انرژی آزاد می‌شود. آزمایش جدید با استفاده از راهکاری که روش احتراق آلی (OCM) نامیده می‌شود و برای تبدیل دوباره کربن ‌دی‌اکسید به سوخت، این فرایند را معکوس می‌کند.

پژوهشگران با افزودن گرما (۳۵۰ درجه سانتی‌گراد) به سیتریک اسید، هیدروژن و کاتالیزوری که از آهن، منگنز و پتاسیم ساخته شده است، به کربن ‌دی‌اکسید، سوخت مایعی تولید کردند که در موتور جت کار می‌کند. آزمایش در رآکتور فولاد ضد زنگ انجام و تنها چند گرم ماده تولید شد. در آزمایشگاه، کربن ‌دی‌اکسید از یک محفظه می‌آمد؛ اما ایده‌ی اجرای این رویکرد در دنیای واقعی، گرفتن گازهای گلخانه‌ای حاصل از کارخانه یا خارج کردن آن به‌طور مستقیم از هوا به‌ منظور حذف آن از محیط است.

شیائو و همکارانش می‌گویند روش جدید عمدتا به این دلیل که از برق کمتری مصرف می‌کند، ارزان‌تر از روش‌های موجود است که هیدروژن و آب را به سوخت تبدیل می‌کنند (فرایندی که هیدروژنه کردن نامیده می‌شود).

شیائو کارخانه‌ی سوخت جتی را مجسم می‌کند که در کنار کارخانه فولاد یا سیمان یا نیروگاهی قرار گرفته است که زغال‌سنگ می‌سوزاند و کربن ‌دی‌اکسید اضافه‌ی آن را برای تولید سوخت می‌گیرد. این فرایند می‌تواند شامل بیرون کشیدن کربن ‌دی‌اکسید از اتمسفر باشد که «جذب مستقیم از هوا» نامیده می‌شود.

نویسندگان می‌گویند کاتالیزور به‌کاررفته در آزمایش، روی زمین فراوان است و نسبت ‌به دیگر روش‌های سنتز مواد شیمیایی دارای ارزش افزوده بالا، به مراحل کمتری نیاز دارد. کارشناسی که در آزمایش مشارکت نداشته است، می‌گوید مفهوم امیدوارکننده به‌نظر می‌رسد؛ به شرطی که محققان کشف کنند که چگونه می‌توان از تولید مقادیر اندک سوخت جت در آزمایشگاه به تولید مقادیر بالاتری در کارخانه‌ی آزمایشی رسید.

جاشوا هین، دانشیار مهندسی مکانیک و شیمی دانشگاه دیتون در آمریکا با اشاره به اینکه روش جدید متفاوت و امیدوارکننده به‌نظر می‌رسد، می‌گوید: «افزایش مقیاس همیشه یک مشکل است و وقتی به مقیاس‌های بزرگ‌تر می‌روید، با موارد غیر منتظره‌ای مواجه می‌شوید. اما از نظر راه‌ حل بلندمدت، ایده‌ی اقتصاد چرخشی کربن قطعا می‌تواند در آینده عملی شود.» در اقتصاد چرخشی کربن، کربن ‌دی‌اکسید هم به جریان ضایعات و هم به منبع سوخت تبدیل می‌شود.

اگر کارخانه سوخت جت جایگزینی بتواند با استفاده از برق حاصل از انرژی باد یا خورشید کار کند، تحول عظیم‌تری در زمینه کربن رخ خواهد داد. بنا به‌گفته‌یاسکار میجرینک، رهبر پروژه سوخت‌های آینده در شرکت هلندی SkyNRG که در زمینه‌ی سوخت‌های هواپیمایی پایدار فعالیت می‌کند:

به این ترتیب، سوخت جت و منبع کربن ‌دی‌اکسید به روش پایداری تولید می‌شود... لازم است از برقی استفاده کنید که از منابع تجدیدپذیر تولید شده باشد. اما چالش این است که اگر ما از کربن ‌دی‌اکسید تولیدی در کارخانه فولاد استفاده کنیم، چگونه می‌توانیم کاری کنیم تا آن کارخانه فولاد از نظر تولید کربن خنثی باشد؟ راه‌ حل عالی این است که همه‌ی این صنایع پایدارتر شوند و از روش جدید برای جذب مستقیم کربن ‌دی‌اکسید از هوا استفاده کنند.

علاوه‌ بر آزمایش آکسفورد و سوخت جدید جت مبتنی‌ بر کربن ‌دی‌اکسید آن، گروه‌های دیگری درحال کار روی سوخت‌های جایگزین سوخت معمول جت هستند. این سوخت‌های جایگزین از مواد اولیه‌ای تولید می‌شوند که شامل زباله‌های جامد شهری، کاه، زیست‌توده چوبی و حتی ضایعات حاصل از روغن پخت‌و‌پز می‌شود. شیائو معتقد است که سوخت جدید قدرت رقابت با این گزینه‌ها را دارد. او در سال ۲۰۰۶ شرکت سوخت سبز Oxford Catalysts را تأسیس کرد که اکنون با نام Velocys شناخته می‌شود. این شرکت در حال ساخت سوخت‌ هواپیمای جایگزین برای شرکت‌های مختلفی با استفاده از زباله‌های شهری به‌عنوان مواد اولیه و سوخت دیزلی برای کامیون‌ها با استفاده از کاغذ باطله و چوب در کارخانه‌ای در می‌سی‌سی‌پی است. شیائو با چند شریک بزرگ صنعتی در حال بحث در مورد روش جدید تبدیل کربن ‌دی‌اکسید است. او می‌گوید: «هیچ چالش بزرگی وجود ندارد؛ اما باید فرایند را بهینه‌سازی و بازده آن را بیشتر کنیم.»