سوخت‌های پاک و پایدار ساخته شده از «هوای رقیق» و زباله‌های پلاستیکی

محققان نشان داده‌اند که چگونه می‌توان دی اکسید کربن را از فرآیندهای صنعتی – یا حتی مستقیماً از هوا – جذب کرد و تنها با استفاده از انرژی خورشید به سوخت‌های پاک و پایدار تبدیل شد.

محققان دانشگاه کمبریج یک راکتور با انرژی خورشیدی ساختند که CO2 جذب شده و زباله های پلاستیکی را به سوخت های پایدار و سایر محصولات شیمیایی ارزشمند تبدیل می _کند . در آزمایش‌ها، CO ₂ به گاز سنتز تبدیل شد، یک بلوک ساختمانی کلیدی برای سوخت‌های مایع پایدار، و بطری‌های پلاستیکی به اسید گلیکولیک تبدیل شدند که به طور گسترده در صنعت لوازم آرایشی استفاده می‌شود.

با این حال، برخلاف آزمایش‌های قبلی فناوری سوخت‌های خورشیدی، این تیم CO2 را از منابع واقعی – مانند اگزوز صنعتی یا خود هوا – دریافت _کرد . محققان توانستند CO2 را جذب و متمرکز کنند _و آن را به سوخت پایدار تبدیل کنند.

اگرچه قبل از استفاده از این فناوری در مقیاس صنعتی به پیشرفت‌هایی نیاز است، اما نتایج گزارش شده در مجله Joule نشان‌دهنده گام مهم دیگری در جهت تولید سوخت‌های پاک برای تقویت اقتصاد، بدون نیاز به استخراج نفت و گاز مخرب برای محیط‌زیست است.

برای چندین سال، گروه تحقیقاتی پروفسور اروین رایسنر، مستقر در دپارتمان شیمی یوسف حمید، سوخت‌های کربنی پایدار و صفر خالص را با الهام از فتوسنتز – فرآیندی که در آن گیاهان نور خورشید را به غذا تبدیل می‌کنند – با استفاده از برگ‌های مصنوعی تولید می‌کنند. این برگ های مصنوعی تنها با استفاده از نیروی خورشید، CO _{2 و آب را به سوخت تبدیل می کنند.}

تا به امروز، آزمایش‌های خورشیدی آن‌ها از CO2 خالص و غلیظ از یک سیلندر استفاده کرده‌اند _، اما برای اینکه این فناوری کاربرد عملی داشته باشد، باید بتواند به طور فعال CO2 را از فرآیندهای صنعتی یا مستقیماً از هوا جذب _کند . با این حال، از آنجایی که CO ₂ تنها یکی از انواع مولکول های موجود در هوایی است که ما تنفس می کنیم، انتخاب این فناوری به اندازه کافی برای تبدیل CO ₂ بسیار رقیق شده یک چالش فنی بزرگ است.

ریزنر گفت: “ما فقط به کربن زدایی علاقه نداریم، بلکه فسیل زدایی می کنیم — ما باید سوخت های فسیلی را به طور کامل حذف کنیم تا یک اقتصاد دایره ای واقعی ایجاد کنیم.” در میان مدت، این فناوری می‌تواند به کاهش انتشار کربن با جذب آن از صنعت و تبدیل آن به چیزی مفید کمک کند، اما در نهایت، ما باید سوخت‌های فسیلی را به طور کامل از معادله حذف کنیم و CO2 را از هوا جذب _کنیم .

محققان از جذب و ذخیره کربن (CCS) الهام گرفتند، جایی که CO ₂ جذب و سپس پمپاژ و در زیر زمین ذخیره می شود.

ریزنر گفت: «CCS یک فناوری است که در صنعت سوخت‌های فسیلی به عنوان راهی برای کاهش انتشار کربن در حین ادامه اکتشاف نفت و گاز محبوب است. _{اما اگر به جای جذب و ذخیره کربن، جذب و استفاده از کربن داشته باشیم، می‌توانیم به جای دفن آن در زیر زمین، چیزی مفید از CO2} بسازیم ، با پیامدهای بلندمدت ناشناخته، و استفاده از سوخت‌های فسیلی را حذف کنیم.»

محققان فناوری خورشیدی خود را طوری تطبیق دادند که با گازهای دودکش یا مستقیماً از هوا کار می‌کند و CO2 و پلاستیک‌ها را تنها با استفاده از نیروی خورشید به سوخت و مواد شیمیایی تبدیل _{می‌کند} .

با حباب زدن هوا از طریق سیستم حاوی یک محلول قلیایی، CO ₂ به طور انتخابی به دام می افتد و سایر گازهای موجود در هوا مانند نیتروژن و اکسیژن به طور بی ضرری خارج می شوند. این فرآیند حباب به محققان اجازه می دهد تا CO ₂ را از هوا در محلول متمرکز کنند و کار با آن را آسان تر می کند.

سیستم یکپارچه شامل یک فوتوکاتد و یک آند است. این سیستم دارای دو محفظه است: در یک طرف محلول CO _{2 گرفته می شود که به گاز سنتز، یک سوخت ساده تبدیل می شود.} از سوی دیگر، پلاستیک ها تنها با استفاده از نور خورشید به مواد شیمیایی مفید تبدیل می شوند.

دکتر متیار رحمان، نویسنده اول، گفت: «جزء پلاستیکی یک ترفند مهم برای این سیستم است. “گرفتن و استفاده از CO ₂ از هوا شیمی را دشوارتر می کند. اما اگر زباله های پلاستیکی را به سیستم اضافه کنیم، پلاستیک به CO ₂ الکترون می دهد . پلاستیک به اسید گلیکولیک تجزیه می شود که به طور گسترده در لوازم آرایشی استفاده می شود. صنعت، و CO ₂ به گاز سنتز تبدیل می شود که یک سوخت ساده است.

دکتر سایان کار، نویسنده اول، می‌گوید: «این سیستم با انرژی خورشیدی دو محصول زائد مضر – پلاستیک و انتشار کربن – را می‌گیرد و آنها را به چیزی واقعا مفید تبدیل می‌کند.»

رحمان گفت: “به جای ذخیره دی اکسید کربن _{در زیر زمین، مانند CCS، می توانیم آن را از هوا جذب کنیم و از آن سوخت تمیز بسازیم.”} به این ترتیب، می‌توانیم صنعت سوخت‌های فسیلی را از فرآیند تولید سوخت حذف کنیم، که امیدواریم به ما کمک کند از تخریب آب و هوا جلوگیری کنیم.»

کار می‌گوید : «این واقعیت که ما می‌توانیم به طور مؤثر CO2 را از هوا بگیریم _و از آن چیز مفیدی بسازیم، خاص است. این راضی کننده است که می بینیم در واقع می توانیم این کار را تنها با استفاده از نور خورشید انجام دهیم.

دانشمندان در حال حاضر بر روی یک دستگاه نمایشگر رومیزی با کارایی و عملی بهبود یافته کار می کنند تا مزایای جفت گرفتن مستقیم هوا با استفاده از CO2 را به عنوان راهی برای آینده ای با کربن صفر نشان دهند.