تصفیه کامل آلاینده‌های کربنی ممکن شد

پژوهشگران موفق به ابداع روش جدیدی برای تصفیه هوا و از بین بردن دی‌اکسید کربن از یک جریان هوایی شدند که این روش جدید می‌تواند به‌عنوان یک ابزار مهم در نبرد با تغییرات آب و هوایی جهان محسوب شود. این سیستم جدید می‌تواند در هر شرایط آلودگی گازی، مؤثر بوده و افزایش یا کاهش غلظت آلاینده‌ها منجر به کاهش سطح کارایی آن نخواهد شد. به گفته سازندگان این ابزار جدید، این سیستم به‌راحتی می‌تواند هوائی که دارای غلظت آلاینده‌هایی برابر با 400 ریز گرد در میلیون است را تصفیه کند. این میزان ریز گردها، شرایطی مشابه با آلاینده‌های موجود در جو کره زمین را دارد.

این سیستم به‌صورت عمده، یک باتری ویژه بسیار بزرگ است که دی‌اکسید کربن هوا یا هر گاز دیگری را در هنگام عبور این جریان از روی الکترودهایش جذب کرده و مجدداً شارژ می‌شود. زمانی که هوا یا گاز موردنظر تصفیه‌شده از دستگاه آزاد شد، این الکترودها خالی‌شده و در حقیقت زمانی که دستگاه در حال کار کردن است به‌تناوب شارژ و خالی می‌شود. در ادامه، هوای تازه به بیرون هدایت‌شده و دی‌اکسید کربن نیز به محفظه‌های ویژه‌ای دمیده می‌شود.

تاکنون روش‌های متعددی برای تصفیه هوا ابداع‌شده است و البته بیشتر این روش‌های از بین بردن دی‌اکسید کربن از یک جریان هوا، تنها در شرایطی که غلظت آلاینده‌ها بسیار بالا باشد، عمل می‌کنند. در حقیقت سیستم‌های ابداع‌شده پیشین نقش فیلتر در مناطق دارای حجم بالای آلاینده‌ها از قبیل دودکش کارخانه‌ها، نیروگاه‌های مبتنی بر سوخت فسیلی و موارد مشابه را ایفا کرده و نمی‌توانند آلاینده‌های دارای غلظت پائین را تصفیه کنند.

پژوهشگران این تیم تحقیقاتی درباره روش جدید ابداع‌شده می‌گویند: تغییرات مختلفی در سیستم‌های پیشین ایجادشده است که این سیستم جدید را قادر کرده تا با غلظت کم آلاینده موجود در هوا کار کند، اما در این میان این سیستم نوین دارای مشکلاتی جدی برای بهره‌برداری عمومی است زیرا این روش جدید مصرف انرژی قابل‌توجهی داشته و همچنین هزینه ایجاد و راه‌اندازی آن نیز بسیار زیاد است.

اعضای این تیم تحقیقاتی عبارت‌اند از ساهاگ ووسکین (Sahag Voskian) پژوهشگر دوره پسادکترای موسسه فناوری ماساچوست (MIT)، تی آلان‌هاتون (T. Alan Hatton) و پرفسور رالف لاندو (Ralph Landau) استاد دانشکده مهندسی شیمی این دانشگاه.

دکتر ساهاگ ووسکین در این رابطه اعلم کرد: «نحوه عملکرد سیستم فوق‌الذکر، به این صورت است که توده‌ هوا از صفحات الکتروشیمیایی شارژ شده عبور کرده و آلاینده‌های آن جذب می‌شوند.»

این سیستم به‌صورت عمده، یک باتری ویژه بسیار بزرگ است که دی‌اکسید کربن موجود در هوا یا هر گاز دیگری را در هنگام عبور این جریان از روی الکترودهایش جذب کرده و مجدداً شارژ می‌شود. زمانی که هوا یا گاز موردنظر تصفیه‌شده از دستگاه آزاد شدند، این الکترودها خالی‌شده و در حقیقت زمانی که دستگاه در حال کار کردن است به‌تناوب شارژ و خالی می‌شود. در ادامه، هوای تازه به بیرون هدایت‌شده و دی‌اکسید کربن نیز به محفظه‌های ویژه‌ای دمیده می‌شود.

هم‌زمان با شارژ شدن باتری، یک واکنش الکتروشیمیایی در سطح هر یک از صفحات الکترودهای موجود در آن صورت می‌گیرد. این صفحات با ماده‌ای به نام polyanthraquinone که با نانولوله‌های کربنی مخلوط است، پوشیده شده‌اند. این الکترودها میل طبیعی به جذب دی‌اکسید کربن دارند و به‌آسانی با مولکول‌های آن در جریان هوا یا گازهای خوراکی واکنش نشان می‌دهند، حتی اگر دی‌اکسید کربن در غلظت‌های بسیار کمی وجود داشته باشد نیز این صفحات قادر به جذب آن هستند.

در ادامه، واکنش معکوس هنگام تخلیه باتری صورت گرفته و طی آن دستگاه می‌تواند بخشی از توان موردنیاز کل سیستم را تأمین کند. به‌این‌ترتیب و طی این فرآیند، دی‌اکسید کربن خالص از جریان هوا بیرون کشیده می‌شود. نکته جالب‌توجه این است که کل این سیستم تصفیه هوا می‌تواند در دمای عادی و فشار هوای معمولی عمل کند.

ساهاگ ووسکیندر این رابطه گفت: «بزرگ‌ترین مزیت این فناوری نسبت به سایر فن‌آوری‌های جذب کربن و تصفیه هوا، ماهیت مضاعف وابستگی جاذب‌های موجود در سیستم، به دی‌اکسید کربن است. این میل مضاعف به جذب کربن باعث می‌شود تا این ماده با هر غلظتی از جریانات هوایی جذب‌شده و حتی اگر 100 درصد یک جریان هوائی دارای آلودگی دی‌اکسید کربن باشد، این سیستم قادر به جذب کامل آن خواهد بود.»

به گفته سازندگان این سیستم، کربن جمع‌آوری‌شده می‌تواند برای مصارف مختلفی مورداستفاده قرارگرفته و برای نمونه محصول نهایی موردنظر می‌تواند در صنایع تولید نوشیدنی‌های گازدار استفاده شود. این مسئله ازآن‌جهت مهم است که در برخی از کارخانه‌های تولید نوشابه‌های گازدار، سوخت‌های فسیلی سوزانده می‌شود تا دی‌اکسید کربن موردنیاز برای ارائه کربن به نوشیدنی‌ها فراهم شود. در بسیاری از موارد نیز برخی کشاورزان برای تولید دی‌اکسید کربن، گازهای طبیعی را می‌سوزانند تا گیاهان خود را در گلخانه‌ها تغذیه کنند. سرپرست این تیم پژوهشی در رابطه با این موارد می‌گوید: این سیستم جدید می‌تواند نیاز به سوخت‌های فسیلی را در این صنایع و فعالیت‌ها از بین برده و درعین‌حال آلاینده‌های جوی و ریز ذرات ناشی از فرآیند گازهای گلخانه‌ای را از هوا خارج کند.

از سوی دیگر، جریان دی‌اکسید کربن خالص می‌تواند برای دفع طولانی‌مدت به‌صورت فشرده به لایه‌های زیرین زمین تزریق‌شده و یا حتی از طریق مجموعه فرآیندهای شیمیایی و الکتروشیمیایی به سوخت تبدیل شود.

به باور کارشناسان، این سیستم جذب و آزادسازی دی‌اکسید کربن، یک انقلاب مهم به شمار می‌رود و همه این موارد در محیط عادی انجام‌شده و نیازی به ورودی حرارتی، فشار خاص یا شرایط شیمیایی ویژه‌ای ندارد. این سیستم به‌سادگی می‌تواند در یک جعبه نه‌چندان بزرگ تعبیه‌شده و بااتصال به یک منبع برق معمولی قادر به کار کردن است.

تی آلان‌ هاتون از اعضای این تیم تحقیقاتی اعلام کرد: «این فناوری ضبط دی‌اکسید کربن، نمایشی آشکار از قدرت رویکردهای الکتروشیمیایی است که برای کار کردن، تنها به نوساناتی در ولتاژ کم نیاز دارد.»

شرح کامل این پژوهش و یافته‌های به‌دست‌آمده از آن در آخرین شماره مجله تخصصی انرژی و علوم زیست‌محیطی (Energy and Environmental Science journal) منتشرشده و در اختیار پژوهشگران قرار دارد.

مترجم: احسان محمدحسینی

No tags for this post.