تبدیل زباله های پلاستیکی به هیدروژن پاک

به گزارش مجله خبری نگار، پنل خورشیدی جدید می‌تواند زباله‌های پلاستیکی را تنها با نور خورشید به هیدروژن پاک تبدیل کند.

این فناوری علاوه بر هیدروژن، مواد شیمیایی ارزشمند موردنیاز صنایع را نیز تولید می‌کند.

مهم‌ترین چالش فعلی، افزایش دوام پنل‌ها و کاهش هزینه تولید هیدروژن است.

پژوهشگران دانشگاه Cambridge پنلی خورشیدی ساخته‌اند که تنها با نور خورشید، زباله‌های پلاستیکی را به هیدروژن پاک و مواد شیمیایی ارزشمند تبدیل می‌کند.

تبدیل بطری پلاستیکی به سوخت پاک با استفاده از نور خورشید

بازیافت پلاستیک همیشه بهترین سرنوشت برای بطری‌های مصرف‌شده نیست. بخش قابل‌توجهی از این زباله‌ها سوزانده یا دفن می‌شوند، بخشی هم که بازیافت می‌شود به انرژی زیادی نیاز دارد. اکنون پژوهشگران روشی تازه ارائه کرده‌اند که می‌تواند بطری‌های پلاستیکی را تنها با نور خورشید به هیدروژن پاک و مواد شیمیایی ارزشمند تبدیل کند.

این فناوری هنوز در مرحله توسعه قرار دارد، اما برای نخستین بار در شرایط واقعی خارج از آزمایشگاه آزمایش شده است. همین موضوع آن را به گامی مهم برای استفاده عملی از انرژی خورشیدی در مدیریت پسماند تبدیل می‌کند.

آیا می‌توان پلاستیک را با نور خورشید بازیافت کرد؟

گروهی از شیمی‌دانان در انگلستان این پرسش را مطرح کردند که آیا پلاستیک‌های دورریخته‌شده می‌توانند کاربردی فراتر از بازیافت معمول داشته باشند یا خیر.

آنها یک پنل خورشیدی طراحی کردند که تنها با استفاده از نور خورشید، پلاستیک را تجزیه کرده، آن را به هیدروژن پاک تبدیل می‌کند.

بازیافت پلاستیک با انرژی خورشیدی

اصل این ایده کاملاً جدید نیست. پژوهشگران پیش‌تر نشان داده بودند که نور می‌تواند پلاستیک را تجزیه کرده، هیدروژن آزاد کند، اما این آزمایش‌ها فقط روی پنل‌های بسیار کوچک و زیر نور مصنوعی آزمایشگاه انجام شده بود؛ مقیاسی که هیچ تناسبی با نیاز‌های یک شهر واقعی نداشت.

پروفسور Erwin Reisner که هدایت این پروژه را در University of Cambridge بر عهده داشت، سال‌ها روی حل این چالش کار کرده است.

نمونه‌های اولیه ساخته‌شده توسط این گروه حدود ۱۰ اینچ عرض داشتند، اما جدیدترین نسخه تقریباً سه فوت در سه فوت اندازه دارد.

پژوهشگران این پنل بزرگ‌تر را در فضای باز، کنار ساختمان شیمی دانشگاه نصب کردند تا عملکرد آن را زیر نور طبیعی خورشید بررسی کنند.

این نخستین بار بود که چنین راکتور خورشیدی در فضای باز، با فناوری قابل توسعه برای مقیاس صنعتی، مورد استفاده قرار گرفت.

راز عملکرد پنل جدید چیست؟

پوشش‌دهی ساده با اسپری

مهم‌ترین تفاوت این فناوری در روش ساخت آن است. نمونه‌های قدیمی به دمای بالا، مواد شیمیایی خورنده، مراحل تولید پیچیده نیاز داشتند.

اما این پنل در دمای محیط ساخته می‌شود، تجهیزاتی هم برای ساخت آن استفاده می‌شود که تقریباً مشابه ابزار‌های موجود در فروشگاه‌های ابزارآلات هستند.

در مرحله نخست، پودری جاذب نور روی یک صفحه شیشه‌ای اسپری می‌شود.

سپس لایه دوم شامل کبالت، زیرکونیوم روی آن قرار می‌گیرد؛ دو فلز ارزان‌قیمت، فراوان که نقش اصلی را در انجام واکنش شیمیایی بر عهده دارند.

فرآیند پوشش‌دهی تنها با روشی موسوم به Spray Coating انجام می‌شود که حتی با تجهیزاتی مشابه یک پیستوله رنگ‌پاش خانگی نیز قابل اجرا است.

Ariffin Bin Mohamad Annuar، شیمی‌دان University of Cambridge، یکی از نویسندگان اصلی این پژوهش گفت:

«آنچه بیش از همه مرا شگفت‌زده کرد این بود که پس از تمام مراحل بهینه‌سازی، ساخت این سامانه تا این اندازه ساده شد.»

تولید هم‌زمان هیدروژن، مواد شیمیایی ارزشمند

آزمایش‌های انجام‌شده در فضای باز نشان دادند که پنل دقیقاً مطابق انتظار عمل می‌کند. حباب‌های بسیار ریز روی سطح مرطوب پنل شکل گرفتند، هیدروژن مستقیماً از مخلوط زباله استخراج شد.

هیدروژن هنگام سوختن فقط آب تولید می‌کند، به همین دلیل یکی از پاک‌ترین سوخت‌های شناخته‌شده محسوب می‌شود.

اما هیدروژن تنها محصول این فرآیند نبود.

هم‌زمان با تجزیه پلاستیک، واکنش شیمیایی مواد اولیه‌ای تولید کرد که در صنایع مختلف کاربرد دارند.

یکی دیگر از مزیت‌های سامانه این بود که تنها به یک نوع زباله محدود نبود.

الیاف گیاهی را پردازش کرد.

پلاستیک شفاف جداشده از یک بطری نوشابه واقعی را تجزیه کرد.

انواع مختلف مواد آلی را مورد آزمایش قرار داد.

نتایج نشان داد قند‌ها ساده‌ترین ماده برای تجزیه بودند، بیشترین میزان هیدروژن را تولید کردند.

در مقابل، مواد گیاهی مقاوم‌تر بازده کمتری داشتند.

بررسی هزینه واقعی تولید هیدروژن

یکی از ویژگی‌های متفاوت این پروژه، انجام تحلیل واقعی هزینه‌ها بود.

پژوهشگران به‌جای استفاده از برآورد‌های خوش‌بینانه، داده‌های واقعی به‌دست‌آمده از آزمایش‌های فضای باز را مبنای محاسبات قرار دادند.

به گفته اعضای تیم، این نخستین بار است که چنین تحلیل اقتصادی دقیقی برای این نوع سامانه انجام می‌شود.

نتایج نشان داد هزینه تولید هیدروژن هنوز بسیار بیشتر از سطحی است که بتواند با روش‌های تجاری امروز رقابت کند.

به بیان دیگر، تولید هیدروژن با این فناوری در شرایط فعلی از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه نیست.

پژوهشگران همچنین توضیح دادند که بسیاری از برآورد‌های قبلی خوش‌بینانه‌تر بودند، زیرا عملکردی را فرض می‌کردند که تاکنون هیچ سامانه واقعی به آن دست پیدا نکرده است.

با این حال، آنها یک راهکار مؤثر نیز پیدا کردند.

وقتی پنل‌های استفاده‌شده دوباره مورد استفاده قرار گرفتند، فقط پوشش فلزی آنها مجدداً اسپری شد، هزینه تولید هیدروژن به شکل محسوسی کاهش یافت.

چالش اصلی؛ افزایش دوام پنل‌های خورشیدی

با وجود نتایج امیدوارکننده، این پنل‌ها هنوز برای نصب روی سقف کارخانه‌ها آماده نیستند.

در استفاده طولانی‌مدت، پوشش فلزی به‌تدریج از سطح شیشه جدا می‌شود، در نتیجه عملکرد سامانه کاهش پیدا می‌کند.

دوام پایین، مهم‌ترین نقطه‌ضعف این فناوری محسوب می‌شود، اما پژوهشگران راه‌حلی برای آن پیدا کرده‌اند.

آزمایش‌ها نشان دادند که با اسپری دوباره پوشش فلزی، عملکرد پنل‌ها بازیابی می‌شود. این موضوع نشان می‌دهد که به‌جای تعویض کامل پنل، می‌توان آن را بازسازی کرد.

محدودیت دیگر این سامانه آن است که تنها از نور فرابنفش (Ultraviolet) استفاده می‌کند؛ بخشی کوچک از انرژی خورشید که به سطح زمین می‌رسد.

در مقایسه با بهترین سامانه‌های آزمایشگاهی که آب خالص را به هیدروژن تجزیه می‌کنند، این فناوری هنوز در هر ساعت هیدروژن کمتری تولید می‌کند.

با این حال، این سامانه مزیتی دارد که بسیاری از فناوری‌های مشابه فاقد آن هستند.

ساخت ساده‌تر

هزینه تولید پایین‌تر پنل

تبدیل زباله به یک محصول شیمیایی ارزشمند در کنار تولید هیدروژن

این فناوری چه تغییری می‌تواند ایجاد کند؟

پیش از این، هیچ‌کس موفق نشده بود یک پنل خورشیدی تبدیل پلاستیک به سوخت را با این ابعاد، در فضای باز، با فناوری قابل توسعه برای تولید انبوه راه‌اندازی کند.

اکنون نمونه‌ای عملیاتی با ابعادی حدود یک یارد در هر ضلع ساخته شده است که در شرایط واقعی آب‌وهوایی، تنها با نور خورشید، زباله‌های پلاستیکی کار می‌کند.

اگر مشکل دوام این پنل‌ها برطرف شود، در آینده می‌توان آنها را در کنار مراکز مدیریت پسماند نصب کرد تا بطری‌های پلاستیکی به‌جای دفن شدن در محل‌های دفن زباله، به سوخت تبدیل شوند.

گام‌های بعدی پژوهش

هدف بعدی پژوهشگران، توسعه پوشش‌های ارزان‌تر، همچنین استفاده از مواد جاذب نور کارآمدتر است.

تحلیل اقتصادی انجام‌شده نیز به مهندسان نشان می‌دهد که برای کاهش هزینه‌ها باید روی کدام بخش‌های فناوری تمرکز کنند.

دستاورد اصلی این پروژه آن نیست که امروز بتواند با منابع رایج تولید سوخت رقابت کند.

اهمیت واقعی آن در این است که فناوری از محیط آزمایشگاه خارج شده، توانسته عملکرد خود را در شرایط واقعی اثبات کند. این موضوع مسیر مشخصی را برای مهندسان فراهم می‌کند تا این فناوری را در آینده به گزینه‌ای عملی و اقتصادی تبدیل کنند.

نتیجه‌گیری

فناوری تبدیل بطری پلاستیکی به سوخت هنوز در آغاز مسیر توسعه قرار دارد، اما نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده هم‌زمان از نور خورشید، زباله‌های پلاستیکی می‌تواند راهکاری نوآورانه برای تولید هیدروژن پاک باشد. اگر پژوهشگران بتوانند دوام پنل‌ها را افزایش دهند، این فناوری ظرفیت آن را خواهد داشت که در آینده نقش مهمی در مدیریت پسماند، تولید انرژی پاک ایفا کند.

نتایج این پژوهش در مجله Nature Chemical Engineering منتشر شده است.

سؤالات متداول

آیا این فناوری اکنون به‌صورت تجاری قابل استفاده است؟

خیر. هزینه تولید هیدروژن هنوز برای رقابت با روش‌های رایج بسیار بالا است.

پنل خورشیدی چگونه پلاستیک را به هیدروژن تبدیل می‌کند؟

پنل با استفاده از نور خورشید، واکنش شیمیایی لازم برای تجزیه پلاستیک را انجام می‌دهد و هیدروژن، مواد شیمیایی ارزشمند تولید می‌کند.

بزرگ‌ترین چالش این فناوری چیست؟

دوام پوشش فلزی پنل که در استفاده طولانی‌مدت به‌تدریج از سطح شیشه جدا می‌شود.

مزیت این فناوری نسبت به نمونه‌های قبلی چیست؟

برای نخستین بار در مقیاس بزرگ، خارج از آزمایشگاه، با روشی قابل توسعه آزمایش شده است. 

منبع:فوت و فن