تبدیل کربن دی اکسید به اتانول با انجام عکس فرآیند احتراق

افزایش گازهای گلخانه‌ای و به تبع آن فرآیند گرم شدن کره‌ی زمین، بزرگ‌ترین تهدید برای نسل بشر امروز به حساب می‌آید. بنابراین یکی از موضوعات داغ این روزهای دنیای علم، پیدا کردن راه‌حلی برای کاهش یا در بهترین حالت حذف گازهایی مثل دی‌اکسید کربن است.

به عنوان مثال جذب و تزریق دی‌اکسید کربن به لایه‌های زیرین زمین، جذب آن‌ها توسط سنگ‌های آتشفشانی و تبدیل این گاز به حالت جامد، یکی از راه‌حل‌هایی است که چندی پیش توسط محققان ارائه شد. در این بین راه‌های دیگری هم برای استفاده‌‌ی مجدد از دی‌اکسید کربن مطرح شده است تا با فرآوری این گاز از آن برای ساخت فوم، پلاستیک یا سوخت‌های هیدروکربنی بهره برد.

به تازگی محققان آزمایشگاه ملی Oak Ridge یا به اختصار ORNL به روشی دست پیدا کرده‌اند که بنا بر ادعای آنها روشی بهینه، ارزان، قابل انجام در دمای اتاق و در مقیاس‌های بالا، جهت تولید اتانول است.

کاتالیزور این واکنش از کربن، مس و نیتروژن ساخته شده است. محققان با گسیل جریان برق ۱.۲ ولتی، انرژی لازم را برای تبدیل دی‌اکسید کربن محلول در آب به اتانول، ایجاد کردند. در حقیقت اعضای تیم توانستند با انجام یک واکنش پیچیده‌ی شیمیایی، فرایند احتراق را با نرخ تبدیل اولیه‌ی ۶۳ درصد، معکوس کردند. در روش‌های مشابه معمولا علاوه بر تولید اتانول،گازهای مختلف دیگری از جمله متان، اتیلن و کربن مونو اکسید تولید می‌شدند. بنابراین حسن بزرگ این روش تولید متان با درصد بالایی از تبدیل بوده که محققان را شگفت‌زده کرده است.

دکتر Rondinone از اعضای تیم تحقیقاتی می‌گوید:

ما دی‌اکسید کربن را که خروجی فرآیند احتراق به حساب می‌آید، گرفته و دوباره از آن به عنوان ورودی فرآیندی استفاده کردیم که عکس فرایند احتراق محسوب می‌شود. نتیجه‌ی کار تولید یک سوخت پاک با کاربردی وسیع در صنایع است. روش ابداعی ما در عین سادگی بسیار پیچیده است، چرا که تبدیل CO2 به اتانول با طی یک فرآیند تک مرحله‌ای تا پیش از این آزمایش نشده بود. شاید شانس در رسیدن به این نتیجه در تحقیقاتمان نقش مهمی داشت، با این حال ما به دنبال پیدا کردن پاسخ سوال‌های خود در مورد چگونگی انجام این فرآیند شیمیایی هستیم.

وی اضافه می‌کند:

با استفاده از مواد شیمیایی در دسترس و چینش آن‌ها با استفاده از نانوتکنولوژی، موفق به کاهش واکنش‌های ناخواسته و افزایش ضریب تبدیل به اتانول شدیم.

در تحقیقی مشابه، محققان دانشگاه تگزاس آمریکا با استفاده از تیتانیوم دی‌اکسید موفق به تبدیل دی‌اکسید کربن به هیدروکربن‌های مایع شدند. به دلیل استفاده از تیتانیوم، فلزی گران و کمیاب، این روش چندان مورد استقبال واقع نشد. در تحقیق ORNL این معضل با به کارگیری نانوذرات مس در روشی نوآورانه، حل شده به نظر می‌رسد. در حقیقت آرایش نانوذرات در کنار نانواسپایک‌های کربن باعث افزایش سطح تماس و بالا رفتن میزان بهره‌وری فرآیند شده است.

به طور مشخص محققان موفق به ساخت یک لایه‌ی نانوبافت از کربن شدند که به بر روی آن به صورت تصادفی نانو اسپایک‌هایی به اندازه‌ی ۵۰ تا ۸۰ نانومتر قرار گرفته است، انتهای هر کدام از این نانو اسپایک‌ها به ۲ نانومتر می‌رسند. این لایه با استفاده از یک روش نسبتا ساده‌ی ته‌نشست بخار و با استفاده از استیلن و آمونیاک به عنوان شناساگر، رشد پیدا کرد.

با گسیل جریان الکتریسیته از این لایه و عمل کردن به عنوان الکترود، فرآیند الکتروشیمی در محلول رخ می‌دهد که با تجزیه‌ی دی‌اکسید کربن و پیوندی شیمیایی‌، اتانول تولید می‌شود.

محققان باور دارند که روش ابداعی آن‌ها ارزان بوده و قابلیت استفاده‌ی گسترده و تجاری از آن وجود دارد. حتی در سیستم‌های تولید انرژی پاک مانند انرژی بادی یا خورشید، می‌توان از انرژی اضافی به دست آمده، استفاده کرد تا به سوخت پاک مایع دست پیدا کرد.

دکتر Rondinone اضافه می‌کند:

روش پیشنهادی ما اجازه‌ی استفاده از انرژی الکتریسیته برای تولید سوخت پاکی مثل اتانول را می‌دهد. زمانی که نمی‌توان از سیستم‌های ذخیره‌ی انرژی الکتریسیته استفاده کرد باید سمت تولید اتانول رفت. در نتیجه‌ی چنین کاری، می‌توان تعادلی را در شبکه‌ی تولید انرژی‌های پاک ایجاد کرد.

نتایج این پژوهش علمی در نشریه‌ی Chemistry Select به چاپ رسیده است.