راهی پایدار برای تولید سوخت و مواد شیمیایی ارزشمند از ضایعات کشف شد!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،با رشد نیاز جهانی به انرژی‌های پاک و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، محققان در سراسر دنیا به دنبال روش‌هایی هستند که هم از منابع تجدیدپذیر استفاده کنند و هم به کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای کمک نمایند. یکی از این مسیر‌ها تبدیل ضایعات زیستی به سوخت‌های ارزشمند است؛ ضایعاتی که تاکنون اغلب بی‌استفاده رها می‌شدند، اکنون می‌توانند نقشی کلیدی در آینده انرژی ایفا کنند.

به گزارش sciencedirect، در همین راستا گروهی از پژوهشگران دانشگاه کاشان با همکاری دانشگاه کلگری در کانادا و دانشگاه نگوین تات تان ویتنام، موفق به دستیابی به روشی نوین برای تولید گاز سنتزی از گلیسرول زیستی شدند؛ روشی که می‌تواند تحولی در صنایع انرژی و محیط‌زیست ایجاد کند.

گلیسرول محصول جانبی تولید سوخت زیستی مانند بیودیزل است و سالانه مقادیر قابل توجهی از آن در جهان تولید می‌شود. استفاده مستقیم از این ماده در صنعت محدودیت‌های بسیاری دارد، اما تبدیل آن به گاز سنتزی ــ مخلوطی از مونوکسیدکربن و هیدروژن ــ ارزش افزوده قابل‌توجهی ایجاد می‌کند چرا که گاز سنتزی به‌عنوان خوراک در صنایع شیمیایی و تولید سوخت‌های پاک اهمیت بسزایی دارد. با این حال، چالش اصلی در این فرایند، یافتن کاتالیست‌هایی است که هم پایدار باشند و هم در شرایط سخت واکنش، کارایی خود را حفظ کنند.

این پژوهش که نتایج آن در قالب مقاله‌ای با عنوان Enhanced syngas production from CO ۲ reforming of biomass-derived glycerol: Influence of CaO.Al ۲ O ۳ support composition on the catalytic performance of Ni-based catalysts منتشر شده، بر اصلاح عملکرد کاتالیست‌های مبتنی بر نیکل (Ni) متمرکز بود. این تیم تحقیقاتی برای افزایش کارایی و پایداری این کاتالیست‌ها از ترکیب‌های مختلف اکسید‌های فلزی به‌ویژه CaO.Al ۲ O ۳ استفاده کرد. به گفته نویسندگان، نسبت مناسب میان اکسید کلسیم و اکسید آلومینیوم در ساختار پایه کاتالیست، تأثیر مستقیم و تعیین‌کننده‌ای بر میزان تبدیل گلیسرول و پایداری سامانه دارد.

روش به‌کاررفته برای تهیه کاتالیست‌ها نیز نوآورانه است. پژوهشگران از روش سل‌ـ‌ژل بدون سورفکتانت برای تولید پایه‌های کاتالیستی و از روش تلقیح مرطوب برای بارگذاری فلز فعال نیکل بهره بردند. این ترکیب رویکردی موجب شد ذرات نیکل به‌طور یکنواخت در ساختار کاتالیست پخش شوند و ویژگی‌های بازی ماده افزایش یابد؛ عواملی که هر دو به ارتقای فعالیت و مقاومت کاتالیست در برابر تشکیل کک کمک می‌کنند.

آزمایش‌ها نشان دادند که در دمای ۷۵۰ درجه سانتی‌گراد، بالاترین نرخ تبدیل گلیسرول به دست آمد. در میان نمونه‌های مختلف، کاتالیستی با نسبت برابر CaO/Al ۲ O ۳ توانست حدود ۵۵ درصد گلیسرول را به گاز سنتزی تبدیل کند؛ عددی چشمگیر که برتری این ترکیب نسبت به سایر فرمولاسیون‌ها را به‌خوبی نشان می‌دهد. افزون بر این این کاتالیست نه‌تنها فعالیت بالایی داشت بلکه در برابر تشکیل رسوبات کربنی نیز مقاوم بود، موضوعی که همواره یکی از مشکلات اصلی کاتالیست‌ها در فرایند‌های اصلاح زیست‌توده محسوب می‌شود.

یکی دیگر از نتایج مهم پژوهش پایداری و قابلیت استفاده مجدد این کاتالیست بود. محققان گزارش دادند که کاتالیست Ni/۱.۰ CaO.Al ۲ O ۳ پس از چندین چرخه واکنش همچنان عملکرد مطلوب خود را حفظ کرد که این ویژگی آن را برای کاربرد‌های صنعتی و پایدار بسیار ارزشمند می‌سازد.

ضرورت انجام چنین پروژه‌ای از دو جنبه قابل توضیح است: نخست، کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای با استفاده از دی‌اکسیدکربن در واکنش اصلاح گلیسرول؛ و دوم تبدیل یک ضایعه زیستی کم‌ارزش به محصولی پرکاربرد و با ارزش اقتصادی بالا. این ترکیب منحصر‌به‌فرد می‌تواند به تحقق اقتصاد چرخشی کمک کند؛ اقتصادی که در آن ضایعات نه به‌عنوان مشکل بلکه به‌عنوان فرصت دیده می‌شوند.

پژوهشگران تأکید کرده‌اند که ترکیب صحیح اجزای پایه کاتالیست‌ها می‌تواند نقشی حیاتی در افزایش راندمان و کاهش مشکلات فنی ایفا کند. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که بهینه‌سازی نسبت CaO/Al ۲ O ۳ نه‌تنها باعث افزایش بازدهی می‌شود بلکه مسیر را برای توسعه کاتالیست‌های پایدارتر و سازگارتر با محیط‌زیست هموار می‌کند. این دستاورد گامی مهم در مسیر توسعه فناوری‌های سبز و پایدار برای تولید انرژی و مواد شیمیایی به شمار می‌آید.