توسط استاد دانشگاه شریف صورت گرفت؛
حل یک مساله چالشی برای کاهش مصرف موادکربنی در زمینه انرژی
هوا فضا: 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 هوا فضا 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 مساله چالشی برای کاهش مصرف موادکربنی در عرصه تولید انرژی، موفق شد مقاله خودرا 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 به عنوان الکتروکاتالیست با عملکرد دوگانه برای تجزیه ی فوتولیز/الکترولیز انتخابی و مقاوم در مقابل خوردگیِ آب دریا"، با حل نظری و تجربی یک مساله 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 تامین انرژی است. حدود ۸۵ درصد مصرف کل انرژی جهان بوسیله بکارگیری سوخت های فسیلی تامین می شود که علاوه بر این که منابع آنها محدود هستند و در سال های آتی جوابگوی نیاز انرژی بشرنخواهند بود؛ موجب انتشار میزان زیادی گازهای گلخانه ای ازجمله کربن دی اکسید می شوند. بدنبال 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 حل این مشکلات، تحولات اساسی در زمینه انرژی و پذیرش جامعه برای مصرف کمتر از مواد کربنی امری بسیار ضرورت دارد. بدین جهت اهمیت بکارگیری منابع تمیز و تجدیدپذیر به عنوان جایگزینی مناسب و بالقوه برای سوخت های فسیلی بیش از پیش الزامی است.
هیدروژن یک حامل انرژی پاک و قابل ذخیره سازی، پایدار و دوستدار محیط زیست می باشد که می تواند بوسیله الکترولیز آب تولید شود و در راستای مبارزه با تغییرات اقلیمی و رسیدن به میزان صفر انتشار گازهای گلخانه ای موثر واقع گردد. برای اینکه چرخه تولید و مصرف و بازسازی هیدروژن بدون انتشار کربن به انجام می رسد. اما تولید هیدروژن بوسیله تجزیه آب خالص در جهان فشار زیادی به منابع آب شیرین وارد خواهدنمود.
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 به عنوان یکی از منابع فراوان بر روی کره ی زمین هستند که می توانند در راستای رفع تغییرات اقلیمی و تامین انرژی پاک بطور اقتصادی مورد استفاده قرار گیرند، به شکلی که الکترولیز آب دریا برای تولید هیدروژن پایدار و اصلاحات زیستی می تواند به یک فناوری جذاب و انعطاف پذیر تبدیل گردد. در حقیقت فناوری الکترولیز آب دریا یادآور ضرب المثل "با یک تیر دو نشان زدن است" چونکه هم در راستای تولید هیدروژن و هم برای شیرین سازی آب دریا می تواند بکار گرفته شود.
الکتروکاتالیست ها به عنوان مولفه ی کلیدی سیستم های الکتروشیمیایی تجزیه آب دریا محسوب می شوند. بدین جهت توسعه و بکارگیری الکتروکاتالیست های مناسب که مواد آنها از نظر 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 زمینه تامین انرژی پاک و محیط زیست سالم، امری بسیار ضرورت دارد.
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)، بصورت 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 همین طور تضعیف و کنترل واکنش های رقابتی و مزاحم موجود در آب دریا شدند. بطور خلاصه، الکتروکاتالیست های نانوساختار بر پایه نیکل شامل میکروکره های نیکل اکسید هستند به طوریکه سطح این میکروکره ها به طور 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 همین طور توانایی انتقال بار موثر ناشی از رسانایی الکتریکی خوب موجب افزایش فعالیت الکتروکاتالیستی سیستم توسعه یافته در امتداد 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 می توان عمدتاً به سبب مقاومت در مقابل خوردگی ساختار سلسله مراتبی نیکل اکسید نسبت داد. دستاوردهای حاصل از این پژوهش نه فقط 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 بمنظور استفاده در زمینه تبدیل و ذخیره انرژی ارائه می دهد.
این گروه پژوهشی همین طور موفق شدند یک سیستم یکپارچه خورشیدی تجزیه آب دریا را با بهره گیری از الکتروکاتالیست های توسعه داده شده راه اندازی کنند. یکی از مزیت های تولید هیدروژن با بهره گیری از تجزیه الکتروکاتالیستی آب شوردریا نیز سادگی و اقتصادی بودن آنست. بنا بر این این سیستم قابلیت آن را دارد که در مقیاس جهانی مورد استفاده قرار گیرد. بدین جهت چشم انداز وسیع تر این پژوهش طراحی و ساخت دستگاه تولید همزمان الکتریسیته و آب شیرین با بهره گیری از هیدروژن و اکسیژن تولید 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 تأثیر ۱۳.۷ به چاپ رسیده است.
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب