کیمیاگری نانویی؛ از دی‌اکسیدکربن نانوالیاف ببافیم
با استفاده همزمان از دو نوع کاتالیست مختلف، محققان دی‌اکسیدکربن را به الیاف نانویی از جنس کربن تبدیل کردند.
محققان دانشگاه کلمبیا و آزمایشگاه ملی بروکهاون در وزارت انرژی آمریکا (DOE) روشی برای تبدیل دی‌اکسیدکربن (CO۲) به نانوالیاف کربنی ارائه کردند. این فرآیند از واکنش‌های الکتروکاتالیستی و ترموکاتالیستی برای تبدیل دی‌اکسید کربن به نانوالیاف کربنی استفاده می‌کند که محصولات جانبی مفیدی نیز ارائه می‌دهد. رویکرد آن‌ها از فرآیندهای ترموشیمیایی و الکتروشیمیایی همزمان استفاده می‌کند که در دمای اتاق و فشار اتمسفر انجام می‌شود.
در مقاله‌ای که محققان در مجله Nature Catalysis منتشر کردند، توضیح می‌دهند، این روش ممکن است با موفقیت کربن را به شکل جامد در اشکال مفید برای متعادل کردن یا حتی رسیدن به انتشار کربن منفی در آورد.
جینگ گوانگ چن، استاد، مهندسی شیمی، دانشگاه کلمبیا می‌گوید: «می‌توانید برای تقویت سیمان، نانوالیاف کربنی را در سیمان قرار دهید. این امر می‌تواند کربن را برای حداقل ۵۰ سال، یا حتی بیشتر، در بتن محبوس کند. تا آن زمان، جهان باید به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر سوق داده شود که کربن منتشر نمی‌کنند.»
علاوه بر این، این فرآیند باعث تولید گاز هیدروژن (H۲) می‌شود که یک سوخت جایگزین قابل دوام با آلایندگی صفر در هنگام مصرف است.
جذب دی‌اکسیدکربن یا تبدیل آن به عناصر دیگر برای کند کردن گرمایش جهانی مفهوم جدیدی نیست. با این حال، حتی نگه‌داشتن گاز دی‌اکسیدکربن ممکن است منجر به نشت آن شود. علاوه بر این، بسیاری از دگرگونی‌های دی‌اکسیدکربن منجر به ترکیبات یا سوخت‌های مبتنی بر کربن بلافاصله قابل استفاده می‌شود که در نتیجه دی‌اکسیدکربن را دوباره به محیط باز می‌گرداند.
چن افزود: «جدید بودن این کار این است که ما تلاش می‌کنیم دی‌اکسید کربن را به چیزی با ارزش افزوده بیشتر، اما به شکل جامد و مفید تبدیل کنیم.»
این مواد کربنی جامد دارای کیفیت‌های مطلوب بسیاری مانند استحکام بالا و هدایت الکتریکی و حرارتی مناسب هستند. با این حال، جداسازی کربن از دی‌اکسید کربن و مونتاژ در این ساختارهای پیچیده کار آسانی نیست. دمای بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد برای یک فرآیند مستقیم و حرارت محور مورد نیاز است.
در ابتدا، دانشمندان کشف کردند که مونوکسید کربن (CO) پیش ساز بسیار مناسب‌تری نسبت به دی‌اکسید کربن (CO۲) در فرآیند ایجاد نانوالیاف کربنی (CNF) است. سپس، آن‌ها بازگشتند تا بفهمند چگونه می‌توان دی‌اکسیدکربن را برای این کار به کار برد.
دانشمندان از یک ترموکاتالیست آلیاژی آهن- کبالت استفاده کردند. این کاتالیست در دمای نزدیک به ۴۰۰ درجه سانتیگراد کار می‌کند که دمای پایین‌تری از فرآیند تبدیل مستقیم دی‌اکسیدکربن به CFR نیاز دارد. آن‌ها همچنین مشاهده کردند که افزودن کمی کبالت فلزی اضافی به طور چشمگیری باعث افزایش تولید نانوالیاف کربنی می‌شود.
چن خاطرنشان کرد: «با جفت کردن الکتروکاتالیزور و ترموکاتالیست، ما از فرآیند پشت سر هم برای دستیابی به چیزهایی استفاده می‌کنیم که با فرآیندهای منفرد به تنهایی قابل دستیابی نیست.»
