انتشار این مقاله


پرتو فرابنفش منبع جدیدی از سوخت سبز را برای ما فراهم خواهد کرد

مدت زیادی است که استفاده از متانول به عنوان جایگزینی سبز برای سوخت‌های فسیلی مطرح شده است.

مدت زیادی است که استفاده از متانول به عنوان جایگزینی سبز برای سوخت‌های فسیلی مطرح شده است. متانول یا الکل متیلیک نوعی مایع بی‌رنگ است که می‌توان آن را از پسماندهای کشاورزی استخراج کرد. با این حال، متانول یک ترکیب سمی است و در مقادیر یکسان، تنها نصف بنزین انرژی دارد. محققان به تازگی از توسعۀ روشی ارزان‌قیمت خبر داده‌اند که می‌تواند با استفاده از نور خورشید، متانول را به اتانول تبدیل سازد. اتانول جایگزینی مناسب برای متانول، با سمیت کم‌تر و محتوای انرژی بالاتر، است. این روش از پرتو فرابنفش و یک کاتالیزور نوین برای تبدیل این دو نوع الکل به یک‌دیگر بهره می‌گیرد.

ایدۀ تبدیل متانول به اتانول، خیلی هم جدید نیست. شرکت‌های فعال در حوزۀ سوخت به چندین فرآیند متفاوت برای تبدیل کردن این دو الکل به یک‌دیگر دست یافته‌اند. اما عملی ساختن این فرآیندهت نیاز به گرما، فشار و افزودنی‌های سمی، مانند کربن مونوکسید، دارد. این شرکت‌ها حتا قادرند اتانول را به روش مستقیم از طریق تخمیر دانه‌های ذرت و یا نیشکر تولید نمایند؛ اما کشت دادن این حجم از غلات مصرفی برای تولید سوخت، نیاز به گسترۀ بسیار وسیعی از زمین‌های کشاورزی دارد، که بهتر است برای تولید سایر غذاهای مورد نیاز به کار گرفته شوند. پژوهشگران و شرکت‌های فعال صحبت‌هایی هم در رابطه با تبدیل نمودن پسماندهای کشاورزی به اتانول کرده‌اند؛ اما تاکنون، تمام روش‌های پیشنهاد داده شده برای تولید اتانول، چه به صورت مستقیم و چه غیرمستقیم، هزینه‌بر و غیرعملی بوده است.

چائو – جون لی (Chao-Jun Li) یکی از شیمی‌دانان دانشگاه مک‌گیل کانادا است که به روش جدیدی برای تولید اتانول دست پیدا کرده است. او و همکارانش در سال ۲۰۱۴ نشان دادند که اجتماع کوچکی از نانوسیم‌های ساخته شده از نوعی مادۀ نیمه‌هادی به نام گالیم نیترید (GaN)، می‌تواند به عنوان کاتالیزور در تبدیل گاز متان به بنزن، مورد استفاده قرار گیرد. بنزن یکی از فرآورده‌های شیمیایی اصلی است که در ساخت طیف گسترده‌ای از مواد، مانند پلاستیک، حلال و چسب، به کار می‌رود. کاتالیزورها همان‌طور که می‌دانید انواعی از ترکیبات ساده یا پیچیده‌ای هستند که سرعت واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهند، بدون آن که خودشان در جریان واکنش مصرف گردند. کاتالیزورها گروه خاصی از ترکیبات شیمیایی نیستند، بلکه هر ماده‌ای که دو ویژگی مذکور را داشته باشد، کاتالیزور محسوب می‌شود. کاتالیزورها به دلیل ویژگی‌های خوبی که دارند می‌توانند چندین و چند بار در واکنش‌های شیمیایی مختلف به کار گرفته شوند. کاتالیزور متفاوتی که لی و همکارانش در مطالعات خود به کار برده بودند، نانوسیم‌هایی از جنس گالیم نیترید بوده است. این سیم‌های بسیار باریک در سامانۀ واکنش شیمیایی، پیوندهای بین کربن و سایر اتم‌ها را به نحوی تغییر می‌دهند که تبدیل متانول به اتانول با سرعت بیش‌تری صورت بگیرد.

محققان در جریان پژوهش‌های خود، چندین نمونۀ متفاوت از آرایش نانوسیم‌ها را طراحی و آزمایش کردند. بر اساس گزارشی که گروه پژوهشی هفتۀ قبل در ژورنال Chem منتشر کرده است؛ اجتماعی از نانوسیم‌های باریک و دراز از جنس گالیم نیترید به همراه فلز منیزیم، بهترین عملکرد را در جذب انرژی پرتوی فرابنفش و به کارگیری آن برای تبدیل متانول و به اتانول را دارند. پرتو فرابنفش جذب شده باعث می‌شود اختلاف بین بارهای موجود در سطح تودۀ نانوسیم‌ها – نسبت به مرکز این توده – منفی‌تر گردد. این اختلاف بار بین سطح و مرکز موجب جدا شدن یک مولکول آب از هر مولکول متانولی می‌شود که بر سطح نانوسیم‌ها قرار می‌گیرند. در پی جدا شدن مولکول آب از متانول، مولکول جدیدی به دست می‌آید که متیل کاربن (methyl carbene) نام دارد. مولکول آب در ادامه از سامانه خارج می‌شود و متیل کاربن تازه تولید شده با مولکول متانول مجاور خود واکنش داده و در نهایت مولکول اتانول را تولید می‌کند.

نتایج فوق حکایت از این دارد که ایدۀ تبدیل متانول به اتانو واقعاً شدنی است. تبدیل کردن این دو الکل به یک‌دیگر، نیاز به پرتو فرابنفش دارد؛ که به مقدار زیاد در جو زمین فیلتر شده و از بین می‌رود. برای این که فرآیند تبدیل متانول به اتانول جنبۀ اقتصادی قابل قبولی داشته باشد، باید نانوسیم‌های به کار رفته در این مطالعه به نوعی تغییر یابند که بتوانند انرژی نور مرئی را نیز در خود ذخیره کنند. نور مرئی انرژی کم‌تری نسبت به پرتو فرابنفش دارد، ولی برخلاف آن، در مقادیر انبوهی با نور خورشید به زمین می‌رسید.

در کنار تولید اتانول، کاتالیزور نانوسیم می‌تواند در تولید سایر هیدروکربن‌های ارزشمند نظیر ۱ – پروپانول، از متانول، به کار گرفته شود. ۱ – پروپانول نوعی الکل است که در صنایع داروسازی کاربرد دارد. این نشان از کاربرد نانوسیم‌ها در تولید ترکیبات پرارزش از واسطه‌های شیمیایی کم‌ارزش دارد.

میلاد شیرولیلو


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *