افزایش کارایی تبدیل اتانول به جایگزین سوخت

اتانول یکی از موادی است که به صورت گسترده در برخی از کشورهای دنیا و به ویژه ایالات متحده به عنوان سوخت زیستی از ذرت استحصال شده و به همراه بنزین در موتور خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدف از انجام این کار، کاهش آلودگی ناشی از سوخت‌های فسیلی و نیز کاهش وابستگی به واردات چنین سوخت‌هایی است.

با این وجود، اتانول دو مشکل اساسی دارد. نخست اینکه بازده انرژی آن پایین است و دوم نیز اینکه موجب ایجاد خوردگی در موتور خودرو و در نتیجه آسیب به آن می‌شود.

در این میان گروهی از پژوهشگران به سرپرستی دکتر ویلیام جونز از دانشگاه روچستر موفق به طراحی مجموعه‌ای از واکنش‌ها شدند که می‌تواند بازدهی اتانول به بوتانول را به طور قابل توجهی افزایش داده و در عین حال، مواد زائدی که به عنوان محصول جانبی از این فرآیند به دست می‌آید نیز دیگر تولید نشود.

دکتر جونز در تشریح دلایل برتری بوتانول نسبت به اتانول می‌گوید: «بوتانول به مراتب بهتر از اتانول به عنوان جایگزین بنزین است. این ترکیب انرژی بیشتری آزاد کرده، کمتر فرّار است و به موتور خودرو نیز آسیب نمی‌رساند.»

بر اساس اطلاعات موجود از این پژوهش، فرآیند جدیدی که این دانشمندان طراحی کردند می‌تواند میزان تبدیل اتانول به بوتانول را تا حدود 25 درصد افزایش دهد.

بوتانول مولکول شیمیایی بزرگ‌تری نسبت به اتانول دارد و اتم‌های کربن و هیدروژن آن نیز بیشتر است. با وجود اینکه هر دوی این مواد در مولکول خود فقط یک اتم اکسیژن دارند، نسبت کربن به اکسیژن در بوتانول سبب می‌شود که محتوای انرژی بیشتری داشته باشد. همچنین اندازه بزرگ بوتانول سبب می‌شود که از خاصیت فرّار بودن آن کاسته شود.

یکی از شیوه‌های رایج برای تبدیل اتانول به بوتانول از طریق واکنش سه مرحله‌ای گوبرت است. در این فرآیند اتمهای هیدروژن از ماده اولیه جدا شده و سپس در مرحله نهایی دوباره به آن افزوده میشوند. یکی از مشکلات رایج در زمینه واکنش گوبرت این است که محصول جانبی آن یعنی ؟؟؟؟ می‌تواند با مواد دیگر موجود در واکنش ترکیب شده و مولکول‌های ناخواسته دیگری ایجاد کند.

این تیم پژوهشی با استفاده از ایریدیوم به عنوان کاتالیزور اولیه و نیز هیدروکسید مس یا نیکل به جای هیدروکسید پتاسیم (KOH) در گام دوم، فرآیندی متفاوت را برای تبدیل اتانول به بوتانول طراحی کرد.

با وجود اینکه بهترین شیوه موجود برای تبدیل اتانول به بوتانول، 80 درصد بازدهی دارد، اما بازدهی این شیوه نوین بیش از 99 درصد است. افزون بر این، در شیوه جدید هیچ ماده ناخواسته‌ای نیز به عنوان محصول جانبی فرآیند تولید نمی‌شود.

البته این تیم پژوهشی همچنان می‌خواهد به کار بر روی این فرآیند ادامه دهد. دکتر جونز در تشریح دلایل این مساله می‌گوید: «هنوز ما کار داریم. ما می‌خواهیم کاتالزوری ارزان‌تر از ایریدیوم تهیه کنیم. همچنین می‌خواهیم فرآیند تبدیل اتانول به بوتانول زمان بیشتری طول بکشد و به همین دلیل به دنبال بررسی دلایل توقف این فرآیند به صورت ناگهانی هستیم.»

گفتنی است فرآیند مذکور به علت از بین رفتن کاتالیزورها ناتمام ماند.

این پژوهشگران امیدوارند شکل کامل شده این فرآیند بتواند راه را برای ساخت سوخت‌های سازگار با محیط زیست هموارتر سازد.

جزئیات بیشتر این پژوهش در مقاله ای در نشریه Journal of the American Chemical Society منتشر شده است. 

No tags for this post.