تبدیل دی‌اکسید کربن به سوخت با الهام از نیلوفر آبی

یک پژوهشگر «دانشگاه مرکزی فلوریدا» (UCF) در تلاش برای کاهش اثرات زیست‌محیطی انتشار دی‌اکسید کربن، فناوری جدیدی را توسعه داده است که دی‌اکسید کربن را جذب می‌کند و به تولید سوخت و مواد شیمیایی سودمند می‌پردازد.

به گزارش ایسنا، «یانگ یانگ» (Yang Yang) دانشیار مرکز فناوری نانو علم دانشگاه مرکزی فلوریدا، دستگاهی ساخته است که دی‌اکسید کربن را با یک سطح متشکل از یک لایه اکسید قلع و فلوئور جذب می‌کند. سپس دستگاه، گاز دی‌اکسید کربن را از طریق یک الکترود حباب‌دار استخراج می‌کند و گاز‌ها را به صورت انتخابی به مونوکسید کربن و اسید فرمیک تبدیل می‌کند که مواد اولیه مهمی برای تولید ترکیبات شیمیایی هستند.

هدف از ابداع این فناوری، کاهش ردپای کربن تولید بشر به طور پایدار در عین توجه به نیاز تولید انرژی جایگزین است. یانگ گفت: ما می‌خواهیم فناوری بهتری ایجاد کنیم تا دنیای بهتر و تمیزتری داشته باشیم. دی‌اکسید کربن بیش از اندازه، روی زمین اثر گلخانه‌ای دارد و آن را خیلی سریع گرم می‌کند. این انگیزه ما شد برای این که بخواهیم ماده جدیدی را توسعه دهیم و آن را به مواد شیمیایی مورد استفاده تبدیل کنیم.

این فناوری جدید جذب دی‌اکسید کربن می‌تواند در نیروگاه‌ها، تاسیسات صنعتی یا کارخانه‌های تولید مواد شیمیایی مورد استفاده قرار بگیرد تا دی‌اکسید کربن پس از جذب شدن، به محصولات سودمند تبدیل شود.

یانگ ادامه داد: الگوی الهام‌بخش این دستگاه برای کاهش تأثیر انسان بر محیط زیست مستقیما از خود طبیعت آمده است. ما به عنوان دانشمند همیشه از طبیعت یاد می‌گیریم و می‌خواهیم ببینیم که حیوانات و درختان چگونه کار می‌کنند. برای این پژوهش از نیلوفر آبی یاد گرفتیم. می‌دانیم که نیلوفر آبی سطح آب‌گریزی دارد و وقتی آب را روی سطح آن می‌ریزید، آب به سرعت از سطح دور می‌شود. همچنین، می‌دانیم که گیاهان سبز به جذب دی‌اکسید کربن می‌پردازند و آن را از طریق فتوسنتز به اکسیژن تبدیل می‌کنند.

نیلوفر آبی به یانگ کمک کرد تا فناوری جذب دی‌اکسید کربن را با تقلید از سطح نیلوفر آبی طراحی کند. در این فناوری، آب ریخته‌شده روی سطح آب‌گریز دستگاه از واکنش تبدیل دی‌اکسید کربن جدا می‌شود. یانگ گفت: لازم است مقدار آب روی سطح را به دقت مدیریت کرد، زیرا ممکن است دستگاه را غرق کند یا اختلالاتی را در تبدیل دی‌اکسید کربن به وجود بیاورد.

گاز دی‌اکسید کربن پس از جذب شدن، به درون یک الکترود هدایت می‌شود و تبدیل آن از طریق یک فرآیند قابل تنظیم‌تر از فتوسنتز طبیعی صورت می‌گیرد.

یانگ گفت: ما می‌خواهیم ماده بهتری بسازیم که بتواند به سرعت مولکول‌های دی‌اکسید کربن را از هوا بگیرد و آن‌ها را به مواد شیمیایی تبدیل کند. ما فقط غلظت دی‌اکسید کربن را در هوا کاهش می‌دهیم و آن را به حالت مایع و گاز درمی‌آوریم تا بتوانیم مستقیما از مواد شیمیایی تبدیل‌شده برای کاربرد‌های دیگر استفاده کنیم.

وی افزود: یکی از چالش‌برانگیزترین مولفه‌های پژوهش، کاهش میزان آب پخش‌شده روی سطح مواد کاتالیزور هنگام قرار گرفتن اجزای گاز کربن دی‌اکسید در الکترولیت مایع بود. اگر آب زیادی در اطراف مواد وجود داشته باشد، ممکن است به جای تبدیل دی‌اکسید کربن به مواد شیمیایی، هیدروژن تولید شود و بهره‌وری انرژی را در فرآیند کلی کاهش دهد. موادی که استفاده می‌کنیم، می‌توانند آب را از سطح دفع کنند. بنابراین، می‌توانیم از تشکیل هیدروژن جلوگیری کنیم و میزان کاهش دی‌اکسید کربن را تا حد زیادی افزایش دهیم. بنابراین، این بدان معناست که در نهایت می‌توانیم تقریبا از همه الکتریسیته برای واکنش خود استفاده کنیم.

این پژوهش در «Journal of the American Chemical Society» به چاپ رسید.