تبدیل گازهای گلخانه‌ای به گاز هیدروژن توسط یک نانو کاتالیست جدید با بازده بالا که توسط گروهی از محققان دانشگاه UNIST توسعه یافت مورد بررسی قرار گرفت .
یک نانو کاتالیست جدید که گازهای عمده گلخانه‌ای مانند دی اکسید کربن ( CO۲ ) و متان ( CH۴ ) را به گاز هیدروژن ( H۲ ) با بازده بسیار بالا بازیافت می‌کند ، توسعه یافته است . انتظار می‌رود این کاتالیزور به توسعه فن آوری‌های مختلف تبدیل ضایعات به انرژی کمک زیادی کند ؛ چرا که بازده تبدیل متان به هیدروژن در این کاتالیزور ، بیش‌تر از دو برابر بازده تبدیل کاتالیزورهای الکترود معمولی است .
جزئیات خبر تبدیل گازهای گلخانه‌ای به گاز هیدروژن
یک تیم تحقیقاتی ، به رهبری پروفسور Gun – Tae Kim در دانشکده انرژی و مهندسی شیمی دانشگاه UNIST ، یک روش جدید برای افزایش عملکرد و پایداری کاتالیزورها ( که در واکنش‌ها قابل استفاده هستند – بعنوان مثال ریفرمینگ خشک متان ، Dry Reforming of Methane = DRM ) توسعه داده‌اند که از گازهای گلخانه‌ای معروف مانند CO۲ و CH۴ ، هیدروژن ( H۲ ) و مونوکسیدکربن ( CO ) تولید می‌کند .
شکل ۱ در خبر تبدیل گازهای گلخانه‌ای به گاز هیدروژن : مقایسه شماتیک ، تصاویر SEM ، ارتباط بین تعداد سیکل‌های رسوب لایه اتمی ( Atomic Layer Deposition = ALD ) و اندازه ذرات / تعداد ذرات و منحنی‌های فوتوالکترون اشعه ایکس را برای نمونه‌ها نشان می‌دهد . A ) Exsolution رایج برای LSTN و B ) تصویر SEM مربوط به LSTN را در مقیاس ۵۰۰ نانو متر نشان می‌دهد . C ) فرآیند Topotactic exsolution از طریق ALD برای LSTN – 20C – Fe و تصویر SEM مربوطه و D ) LSTN – 20C – Fe پس از احیا ( Reduction ) را نشان می‌دهد ( مقیاس ۵۰۰ نانومتر ) .
مفهوم فرآیند Exsolution در تبدیل گازهای گلخانه‌ای به گاز هیدروژن : در کانی شناسی ، فرآیندی است که از طریق آن یک محلول جامد در ابتدا همگن ، بدون افزودن یا حذف هرگونه ماده ، به حداقل دو ماده معدنی متبلور جدا می‌شود .
Topotactic transition : در شیمی ، یک انتقال توپوتاکتیک شامل تغییر در ساختار یک ماده جامد بلوری است ، که ممکن است شامل از دست دادن یا افزایش مواد باشد ، به طوری که شبکه نهایی ماده اصلی به یک یا چند معادل کریستالوگرافی وابسته است .
ضرورت انجام پژوهش تبدیل گازهای گلخانه‌ای به گاز هیدروژن
کاتالیزورهای متداول مورد استفاده برای ریفرمینگ خشک متان ( DRM ) ، کمپلکس‌های فلزی بر پایه نیکل ( Ni ) هستند . با گذشت زمان ، عملکرد این کاتالیزورها و همچنین عمر کاتالیزورها کاهش می‌یابد . دلیل این امر این است که کربن در سطح کاتالیزورها تجمع می‌یابد ، چرا که کاتالیزورها به هم می پیوندند یا در دماهای بالاتر واکنش آن‌ها تکرار می‌شود .
Sangwook Joo اولین نویسنده مقاله بیان کرد : ” لایه یکنواخت و کنترل شده آهن ( Fe ) ( ماده اصلی در آلیاژهای آهنی ) از طریق رسوب لایه اتمی ( Atomic Layer Deposition = ALD ) ، فرآیند Topotactic exsolution را تسهیل می‌کند و نانو ذرات ریز پراکنده را افزایش می‌دهد ؛ در نتیجه واکنش پذیری کاتالیزور افزایش می‌یابد ” .
افزایش عملکرد کاتالیزور در تبدیل گازهای گلخانه‌ای به گاز هیدروژن
تیم تحقیقاتی همچنین نشان داد که فرآیند exsolution حتی با مقدار بسیار اندکی از رسوب لایه اتمی اکسید آهن ( Fe۲O۳ ) نیز ارتقا می‌یابد .
Arim Seong اولین همکار نویسنده مقاله بیان کرد : ” به طور قابل توجهی ، در ۲۰ سیکل از رسوب اکسید آهن از طریق ALD ، تعداد ذرات به بیش از ۴۰۰ ذره ( از آلیاژهای Ni – Fe ) می‌رسد . از آنجا که این ذرات از Ni و Fe تشکیل شده‌اند ، فعالیت کاتالیزوری ( Catalytic Activity ) بالایی از خود نشان می‌دهند ” . به همین علت این کاتالیزور عملکرد بالایی در تبدیل گازهای گلخانه‌ای به گاز هیدروژن از خود نشان می‌دهد .
شکل ۲ خصوصیات کاتالیزوری برای DRM را نمایش می‌دهد . ( A ) مقدار متان واکنش داده در طی واکنش DRM برای LSTN ، LSTN – 10C – Fe و LSTN – 20C – Fe را نشان می‌دهد . ( B ) انرژی فعال سازی واکنش متان برای LSTN ، LSTN – 10C -Fe و LSTN – ۲۰C – Fe محاسبه شده است . ( C ) وابستگی زمانی واکنش CH۴ و نسبت H۲ / CO برای LSTN – 20C -Fe در DRM را در دمای ۷۰۰ درجه سانتی گراد نشان می‌دهد .
بر طبق شکل ۲ در خبر تبدیل گازهای گلخانه‌ای به گاز هیدروژن : کاتالیزور جدید فعالیت کاتالیزوری بالایی را برای فرآیند DRM ( بدون هیچگونه خرابی ) در عملکرد بیش از ۴۱۰ ساعت کار مداوم به نمایش گذاشت . این نتایج در تبدیل بیش از ۷۰ درصد متان در دمای ۷۰۰ درجه سانتی گراد نیز نشان داده شد . پرفسور Kim خاطر نشان کرد : ” این مقدار بیش از دو برابر بازده تبدیل نیرو در کاتالیزورهای الکترود معمولی است . به طور کلی ، نانو کاتالیست‌های آلیاژی از طریق ALD گامی رو به جلو در تکامل فرآیند Exsolution و کاربرد آن در زمینه استفاده از انرژی است ” .
خلاصه خبر تبدیل گازهای گلخانه‌ای به گاز هیدروژن
یک تیم تحقیقاتی به رهبری پرفسور Gun – Tae Kim در دانشکده انرژی و مهندسی شیمی دانشگاه UNIST یک روش نوین برای بهبود عملکرد و بازده کاتالیزورها ارائه کرده‌اند . این نانوکاتالیزورها قادرند گازهای گلخانه‌ای متان و دی اکسید کربن را با بازده بسیار بالاتر از کاتالیزورهای رایج به گاز هیدروژن و مونوکسید کربن تبدیل می‌کند .
منبع خبر : سایت phys.org
تاریخ انتشار خبر :۱۱ آبان ماه ۱۳۹۹
کد خبر : ۱۶۴۵
