توسط استاد دانشگاه شریف صورت گرفت؛
حل یک مساله چالشی برای کاهش مصرف موادکربنی در زمینه انرژی
انجمن پارسیان: مقاله پژوهشی استاد دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف درباره ی حل چالش مصرف مواد کربنی در مجله معتبر بین المللی ACS Catalysis منتشر گردید.
به گزارش انجمن پارسیان به نقل از دانشگاه صنعتی شریف، دکتر علیرضا مشفق عضو هیئت علمی دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف با همکاری تعدادی از پژوهشگران دانشگاه های شریف، SKKU کشور کره جنوبی و الزهرا با حل یک مسئله چالشی برای کاهش مصرف موادکربنی در عرصه تولید انرژی، موفق شد مقاله خویش را در مجلّه معتبرACS Catalysis به چاپ برساند.
این مقاله با عنوان "میکروکره های سلسله مراتبی نیکل اکسید مبتنی بر آرایه ای از نانو میله ها بعنوان الکتروکاتالیست با عملکرد دوگانه برای تجزیه ی فوتولیز/الکترولیز انتخابی و مقاوم در مقابل خوردگیِ آب دریا"، با حل نظری و تجربی یک مسئله چالشی برای کاهش مصرف موادکربنی در عرصه تولید انرژی، حالا نوید بکارگیری منابع فراوان و پاک روی کره زمین (فناوری فوتوولتائیک در آب دریا) را می دهد.
در این مقاله آمده است؛ یکی از اصلی ترین چالش هایی که بشر در قرن ۲۱ با آن مواجه می باشد، بحران تأمین انرژی است. حدود ۸۵ درصد مصرف کل انرژی جهان از راه بکارگیری سوخت های فسیلی تأمین می شود که علاوه بر این که منابع آنها محدود هستند و در سالهای آینده جوابگوی نیاز انرژی بشرنخواهند بود؛ سبب انتشار میزان زیادی گازهای گلخانه ای ازجمله کربن دی اکسید می شوند. به دنبال گسیل گازهای گلخانه ای در فضا تغییرات اقلیمی همچون تغییر در میزان بارش های سالیانه و تغییردر pH آب دریاها درحال وقوع است که سلامت بشر را تهدید می کند.
در واقع، اثرات زیست محیطیِ زیانبار به شکل وسیعی درحال گسترش هستند و با ادامه ی شرایط فعلی سیاره ی زمین به سمت شرایط غیرقابل قبولی برای نسل های آتی پیش خواهد رفت. برای رفع این مشکلات، تحولات اساسی در حوزه انرژی و پذیرش جامعه برای مصرف کمتر از مواد کربنی امری بسیار ضروری می باشد. ازاین رو اهمیت بکارگیری منابع تمیز و تجدیدپذیر بعنوان جایگزینی مناسب و بالقوه برای سوخت های فسیلی بیشتر از پیش الزامی است.
هیدروژن یک حامل انرژی پاک و قابل ذخیره سازی، پایدار و دوستدار محیط زیست می باشد که می تواند از راه الکترولیز آب تولید شود و در جهت مبارزه با تغییرات اقلیمی و رسیدن به میزان صفر انتشار گازهای گلخانه ای موثر واقع گردد. چونکه چرخه تولید و مصرف و بازسازی هیدروژن بدون انتشار کربن صورت می گیرد. اما تولید هیدروژن از راه تجزیه آب خالص در جهان فشار زیادی به منابع آب شیرین وارد خواهد نمود.
بنابراین، وابستگی فناوری الکترولیز آب به منابع آب شیرین یک تهدید بزرگ برای محیط زیست پایدار خواهد بود. از طرفی آب های شور و کم کیفیت موجود در اقیانوس ها و دریاها بعنوان یکی از منابع فراوان بر روی کره ی زمین هستند که می توانند در جهت رفع تغییرات اقلیمی و تأمین انرژی پاک به صورت اقتصادی مورد استفاده قرار گیرند، بگونه ای که الکترولیز آب دریا برای تولید هیدروژن پایدار و اصلاحات زیستی می تواند به یک فناوری جذاب و انعطاف پذیر تبدیل گردد. در واقع فناوری الکترولیز آب دریا یادآور ضرب المثل "با یک تیر دو نشان زدن است" چون که هم در جهت تولید هیدروژن و هم برای شیرین سازی آب دریا می تواند بکار گرفته شود.
الکتروکاتالیست ها بعنوان مولفه ی کلیدی سیستم های الکتروشیمیایی تجزیه آب دریا محسوب می شوند. ازاین رو توسعه و بکارگیری الکتروکاتالیست های مناسب که مواد آنها از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه هستند و پایداری خوبی در مقابل خوردگی آب دریا دارند و در نهایت کارایی و عملکرد بهتری از خود نشان می دهند در حوزه تأمین انرژی پاک و محیط زیست سالم، امری بسیار ضروری می باشد.
حال در یک پژوهش پیشگامانه، گروهی از پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف، با تلاش خدیجه همتی (دانشکده فیزیک) به سرپرستی دکتر علیرضا مشفق (دانشکده فیزیک) و همکاری پژوهشگران دانشگاه SKKU کره جنوبی به سرپرستی دکتر هیویانگ لی (دانشکده انرژی) و دکتر مرادلو از دانشگاه الزهرا (دانشکده شیمی)، به صورت نظری و تجربی موفق به طراحی و ساخت الکتروکاتالیست هایی پایدار و زیست سازگار با هزینه های پایین با عملکرد دوگانه جهت تجزیه کارآمد و بادوام آب دریا به سوخت های هیدروژن و اکسیژن و همینطور تضعیف و کنترل واکنش های رقابتی و مزاحم موجود در آب دریا شدند. به صورت خلاصه، الکتروکاتالیست های نانوساختار بر پایه نیکل شامل میکروکره های نیکل اکسید هستند به طوریکه سطح این میکروکره ها به صورت کاملا یکنواخت و متراکم توسط آرایه ای از نانو ساختارهای میله ای شکل پوشیده شده که منجر به یک معماری با ساختار سلسه مراتبی سه بعدی با مورفولوژی قاصدک شکل خواهد شد.
وجود و مشارکت سطح موثر بالا با سایت های فعال فراوان ناشی از تشکیل این معماری، بهبود فعالیت ذاتی هر سایت فعال و همینطور توانایی انتقال بار موثر ناشی از رسانایی الکتریکی خوب سبب افزایش فعالیت الکتروکاتالیستی سیستم توسعه یافته در جهت انجام هر دو نیم واکنش تولید گازهای هیدروژن و اکسیژن و تضعیف و کنترل واکنش های مزاحم و رقابتی در آب دریا می شود. پایداری خوب الکتروکاتالیست سنتز شده را میتوان عموما به علت مقاومت در مقابل خوردگی ساختار سلسله مراتبی نیکل اکسید نسبت داد. دستاوردهای حاصل از این پژوهش نه تنها امکان استفاده از الکتروکاتالیست های فلزات غیر نجیب برای تولید سوخت های هیدروژن و اکسیژن از آب شورِ دریا را مطرح می کند، بلکه نگاهی نو برای طراحی منطقیِ و موثر ساختارهای با معماری سلسله مراتبی سه بعدی به منظور استفاده در حوزه تبدیل و ذخیره انرژی عرضه می دهد.
این گروه پژوهشی همینطور موفق شدند یک سیستم یکپارچه خورشیدی تجزیه آب دریا را با استفاده از الکتروکاتالیست های توسعه داده شده راه اندازی کنند. یکی از مزیت های تولید هیدروژن با استفاده از تجزیه الکتروکاتالیستی آب شوردریا هم سادگی و اقتصادی بودن آن است. بنابراین این سیستم قابلیت آن را دارد که در مقیاس جهانی مورد استفاده قرار گیرد. ازاین رو چشم انداز وسیع تر این پژوهش طراحی و ساخت دستگاه تولید همزمان الکتریسیته و آب شیرین با استفاده از هیدروژن و اکسیژن ساخته شده از آب دریا است.
گفتنی است نتایج این پژوهش ۶ آوریل ۲۰۲۳ در جلد ۱۳ (صفحات ۵۵۲۸-۵۵۱۶) مجلّه معتبرACS Catalysis از انتشارات انجمن شیمی آمریکا (ACS) با ضریب تاثیر ۱۳.۷ به چاپ رسیده است.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب