پژوهشگران دانشگاه تهران با استفاده از ساقه‌ کلزا نانوکاتالیستی بر پایه کربن سنتز کردند که توانایی بالایی در تبدیل ضایعات سلولزی به سوخت هیدروژنی دارند.

به گزارش زیست آنلاین، سید محمد سلیمی، دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه تهران و مجری طرح هدف از انجام این طرح را به حداکثر رساندن بازدهی فرایند ترموشیمیایی استخراج هیدروژن از زیست‌توده در محیط آب فوق بحرانی عنوان کرد و افزود: بر این اساس در این طرح تحقیقاتی ابتدا سعی شد تا با بهینه کردن پارامترهای فرایندی، میزان گاز هیدروژن استخراج‌ شده از زیست‌توده را افزایش داده و در مرحله‌ بعد با سنتز یک نانو کاتالیست پایه کربنی، این میزان را به حداکثر مقدار خود برسانیم.

وی خاطرنشان کرد: در طرح حاضر از ساقه‌ "کلزا" برای تولید پایه‌ این نانوکاتالیست استفاده شد. کاربرد این گیاه موجب شد تا نانوکاتالیست سنتز شده به یک ماده‌ نسبتا ارزان و دوست‌دار محیط‌ زیست تبدیل کند.

استفاده از ساقه‌ گیاه کلزا جهت تولید کربن فعالسلیمی استفاده از ساقه‌ گیاه کلزا جهت تولید کربن فعال را از نوآوری‌های این طرح، عنوان کرد و یادآور شد: کربن فعال سنتزشده‌ ساختاری متخلخل و مقیاس حفرات آن در حد نانومتر است. وجود این تخلخل‌های نانومتری و در پی آن مساحت سطح بسیار بالا به همراه گروه‌های عاملی موجود بر سطح آن موجب شد تا اجزای دیگر نانوکاتالیست قادر باشند با توزیع مناسب بر روی پایه‌ کاتالیست قرار گیرند.



این محقق با اشاره به جزئیات این طرح اظهار کرد: در این پروژه به‌ طور ویژه به بررسی و مقایسه‌ عملکرد کاتالیست‌های نیکل بر پایه‌ کربن فعال سنتزی نسبت به همتایان شناخته شده‌تر خود بر پایه‌ گرافن پرداخته شد، بر این اساس در بخش اول مهمترین عوامل کنترل‌کننده مانند دما، زمان واکنش و غلظت خوراک در غیاب هرگونه کاتالیست جهت بهینه‌سازی تأثیر پارامترهای عملیاتی بر عملکرد گاز هیدروژن، مورد بررسی قرار گرفت و در ادامه عملکرد و خواص کاتالیست‌های دوفلزی گوناگون نیکل به‌عنوان فلز اصلی و فلزاتی همچون روتنیوم، کبالت و مس به‌عنوان ارتقادهنده نشانده شده بر روی نانوصفحات گرافن با استفاده از آزمون‌های مختلف ارزیابی شد.

بیشتر بخوانید: رشد ۸۰ درصدی تولید کلزا و تبدیل شدن کرمانشاه به قطب تولیدی این محصول در کشور

دانش‌آموخته دانشگاه تهران با اشاره به نتایج به‌ دست‌ آمده از این تحقیقات، افزود: آزمون‌های انجام‌ شده بر روی کاتالیست پایه گرافنی و کاتالیست بر پایه‌ کربن فعال از عملکرد بهتر کاتالیست بر پایه‌ کربن فعال حکایت دارد. توزیع مناسب فلزات بر سطح کربن فعال را می‌توان از عوامل مهم بهبود عملکرد کاتالیستی این ماده دانست.

وی با بیان اینکه در دهه‌های اخیر، وابستگی بیش‌ازحد به سوخت‌های فسیلی، مشکلات جدی محیطی مانند اثرات گلخانه‌ای و آلودگی هوا را افزایش داده‌ است، ادامه داد: علاوه بر این، یک آینده‌ بدون سوخت فسیلی غیر منتظره نیست؛ زیرا این منابع، بی‌نهایت نیستند و بازسازی طبیعی آنها زمان‌بر است. هیدروژن به‌عنوان یک سوخت پاک و تجدید پذیر می‌تواند به ما کمک کند تا آینده‌ای سبز بسازیم.

این تحقیقات از سوی سید محمد سلیمی و سیده حوا هاشمی از دانشجویان مقطع دکتری، سالار بالو و کمیل کهنسال از دانشجویان مقطع کارشناسی ارشد و دکتر احمد توسلی عضو هیأت علمی دانشگاه تهران اجرایی شده و نتایج آن در مجله‌ Applied Catalysis B: Environmental با ضریب تأثیر ۱۱.۶۹۸ منتشر شده‌ است.

سوخت هیدروژنی چیست؟هیدروژن یا آبزا، یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی است كه با حرف H و عدد اتمی ۱ نشان داده شده است. هیدروژن عنصری بی رنگ، بی بو، غیر فلز، یک ظرفیتی و گازی دو اتمی، با خاصیت شعله وری فوق العاده بالا است. هیدروژن سبک‌ترین و فراوانترین عنصر در جهان بوده و در آب و نیز در تمامی ترکیبات آلی و موجودات زنده یافت می‌شود. هیدرژن قابلیت واکنش شیمیایی با بیشتر عناصر را دارد. ستارگان در توالی اصلی خود به وفور از هیدروژن در حالت پلاسمایی تشکیل شده اند. این عنصر در تولید آمونیاک، به‌عنوان یک گاز بالا برنده، یک سوخت جایگزین و اخیرا به‌عنوان منبع انرژی مورد استفاده پیلهای سوختی قرار می‌گیرد.

در آزمایشگاه، از واکنش اسیدها بر فلزهایی مثل روی، بدست می‌آید. اما برای تولید در حجم زیاد از الکترولیز آب که معمول‌ترین روش است، استفاده می‌شود. اکنون دانشمندان سعی دارند تا روش‌های جدیدی را بوجود آوردند که از جلبک‌های سبز برای تولید هیدروژن استفاده نمایند.



روشهای تولید و توزیع گاز هیدروژنزیرساخت سوخت هیدروژن را می توان به روشهای گوناگون طراحی نمود . کارشناسان معتقدند که منابع تولید هیدروژن و نحوه انتقال و توزیع آن متناسب با شرایط و مزایای جغرافیایی متفاوت خواهد بود . بعنوان مثال در مناطقی که منابع گاز طبیعی ارزان وجود دارد تولید هیدروژن از منابع گازی به صرفه ترین روش می باشد. در منطقه ای که منابع برق ارزان در دسترس باشد ، از منابع برق و با روش الکترولیز آب ، تولیدهیدروژن توجیه اقتصادی دارد و در مناطقی که سوختهای دیگری مانند اتانول وجود داشته باشد، اتانول بعنوان منبع اولیه هیدروژن مزیت ویژه ای دارد.

روشهای تولید و توزیع هیدروژن ۱. تولید انبوه هیدروژن بصورت متمرکزتوزیع بصورت هیدروژن مایع
توزیع بصورت گاز فشرده شده
توزیع بصورت جامد (گاز ذخیره شده در هیدریدهای فلزی)

۲. تولید گاز هیدروژن در جایگاههای سوخت گیری (غیرمتمرکز)از منابع گاز طبیعی به روش رفورمینگ متان و اکسیداسیون جزئی
با روش الکترولیز قلیایی آب
به روش الکترولیز با غشاء پلیمری

۳. تولید گاز هیدروژن بر روی خودرواستفاده از بنزین یا گازوئیل بعنوان سوخت و تبدیل آن به هیدروژن در مبدل موجود در خودرو
استفاده از متانول و یا هر سوخت مایع مناسب دیگر بعنوان سوخت و تبدیل آن به هیدورژن در مبدل مناسب نصب شده بر روی خودرو

سوخت هیدروژنی                                        در ساليان اخير توجه به كار بر روي هيدروژن به عنوان جايگزين سوختهاي معمول افزايش يافته است.
موانع علمي اين امر كه به موانع اقتصادي آن دامن زده است موجب شده كه كمتر از آن به عنوان سوخت ياد شود ولي تحقيقات علمي همچنان ادامه دارد در مقايسه با سوختهاي رايج ,هيدروژن حجم بالاتري را به دليل گاز بودن اشغال مي كند يكي از راههاي از بين بردن اين مشكل بكار بردن اتانول به عنوان حامل هيدرژن است .هيدروژن همراه با اتمهاي كربن اتانول حمل ميشود و سپس از آن آزاد شده و در اختيار سلول سوختي قرار ميگيرد .(اين مواد در ماشين هاي اتانول سوز نيز ميسر است . )
هيدروژن ,منبع نويد بخشي براي تامين انرژي در سوختهاي آينده بشمار مي آيد ,زيرا ميتوان آن را در پيلهاي سوختي به كار گرفت .از لحاظ نظري ,پيلهاي سوختي بازده تبديل انرژي بالاتري نسبت به تجهيزات احتراقي كنوني دارند.حتي اگر هيدروژن را به عنوان سوختي احتراقي به كار گيريم, هيچ دي اكسيد كربن خروجي مشاهده نخواهيم كرد.به هر حال هيدروژن مي بايد از ديگر منابع انرژي توليد و جدا وبه گونه اي ايمن استفاده شود.