ساخت کاتالیزوری جدید امید پژوهشگران به کاهش گاز گلخانه‌ای دی‌اکسید کربن از اتمسفر را بیشتر کرده است. این کاتالیزور به ایجاد زنجیره‌های بلند هیدروکربنی کمک می‌کند که در تولید بنزین کاربرد دارند. در ادامه با میلی‌لب همراه باشید.
مهندسانی که روی معکوس کردن روند افزایش گازهای گلخانه‌ای کار می‌کنند به خوبی می‌دانند که علاوه بر کاهش میزان انتشار دی‌اکسید کربن، نیاز داریم تا این گاز مضر را از دودهای نیروگاه‌ها یا حتی از اتمسفر خارج کنیم. اما، با این کربن استخراج‌شده باید چه کار کنیم؟ متئو کارنلو (Matteo Cargnello)، مهندس شیمی در دانشگاه Stanford در حال پژوهش روی کاتالیزوری است که کربن را به مواد مفید دیگری، از جمله پروپان، بوتان یا سایر سوخت‌های هیدروکربنی حاصل از زنجیره‌ی بلند کربن و هیدروژن همانند بنزین تبدیل کند. کارنلو، استادیار مهندسی شیمی عنوان می‌کند «ما اساسا می‌توانیم بنزین خلق کنیم. برای جذب هر چه بیشتر کربن نیاز به طولانی‌ترین زنجیره‌های هیدروکربنی داریم. زنجیره‌هایی با ۸ تا ۱۲ اتم کربن ایده‌آل‌ترین هستند.»
کاتالیزور بنزین کارآمد
یک کاتالیزور جدید که توسط کارنلو و همکارانش ابداع شده است با افزایش تولید هیدروکربن‌های بلند در واکنش‌های شیمیایی به سمت چنین هدفی گام برمی‌دارد. کاتالیزور جدید با میزان دی‌اکسید کربن، هیدروژن، کاتالیزور، فشار، گرما و مدت زمان یکسان، ۱۰۰۰ بار حجم بوتان بیشتری تولید می‌کند. بوتان بلندترین زنجیره‌ی هیدروکربنی است که این کاتالیزور می‌تواند در فشار حداکثر تولید کند. کاتالیزور جدید از عنصر روتنیوم (ruthenium)، که یک فلز کمیاب از گروه پلاتینیوم است، با پوششی از یک لایه‌ی پلاستیک تشکیل شده است. این اختراع جدید، مانند هر کاتالیزور دیگری، سرعت واکنش‌های شیمیایی را افزایش داده بدون آن که خود در واکنش مصرف شود. همچنین، روتنیوم قیمت کمتری نسبت به سایر کاتالیزورهای رده بالا همچون پالادیوم و پلاتینیوم دارد.
کارنلو و تیم‌اش هفت سال را صرف ساخت و بهبود این کاتالیزور کرده‌اند؛ هر چه زنجیره‌ی هیدروکربن بلندتر باشد، تولید آن سخت‌تر خواهد بود. اتصال کربن به کربن نیازمند گرما و فشار فوق‌العاده بالا است که منجر به گران‌شدن فرآیند و مصرف انرژی زیاد می‌شود.
در این راستا، توانایی کاتالیزور جدید در تولید بنزین از واکنش یک پیشرفت انقلابی است. در واقع راکتور موجود در آزمایشگاه دکتر کارنلو تنها به فشار بیشتری برای تولید همه‌ی هیدروکربن‌های زنجیره‌بلند بنزین داشته و هم‌اکنون وی و تیم‌اش مشغول ساخت چنین راکتوری هستند.
بنزین در دمای اتاق مایع بوده و در نتیجه حمل و نقل بسیار ساده‌تری از همتاهای گازی زنجیره‌کوتاه‌اش یعنی متان، اتان و پروپان که بسیار فرار و به سختی قابل ذخیره‌سازی هستند دارد. کارنلو و سایر پژوهشگران که بر روی ساخت سوخت مایع از کربن جذب‌شده کار می‌کنند رویای یک چرخه‌ی کربن-خنثی را در سر می‌پرورانند که در آن دی‌اکسید کربن جمع‌آوری شده، به سوخت تبدیل شده، دوباره مصرف شده و سپس چرخه‌ی جدیدی را آغاز می‌کند.
بهینه‌سازی کاتالیزور
نکته‌ی کلیدی در افزایش قابل توجه واکنش‌پذیری، لایه‌ی متخلخل پلاستیکی روی روتنیوم است. کاتالیزور بدون روکش به خوبی کار می‌کند اما تنها متان تولید خواهد کرد که کوتاه‌ترین زنجیره‌ی هیدروکربن است که تنها یک اتم کربن متصل به چهار اتم هیدروژن دارد. متان در حقیقت زنجیره نیست.
اتم‌های هیدروژن کاتالیزور بدون پوشش را فرا می‌گیرند و مانع از به‌هم پیوستن هر چه بیشتر اتم‌های کربن می‌شوند. پلیمر پلاستیکی متخلخل نسبت کربن به هیدروژن را کنترل کرده و خلق زنجیره‌های کربنی بلندتر از واکنش‌های یکسان را ممکن می‌سازد.
در حالی که هیدروکربن‌های زنجیره‌بلند یک استفاده‌ی نوآورانه از کربن جذب‌شده هستند، بهترین نیستند. کارنلو همچنان در حال پژوهش روی کاتالیزورهای دیگری است که بتوانند دی‌اکسید کربن را به مواد شیمیایی صنعتی باارزشی مانند متانول، اتانول و یا الفین تبدیل کنند که در تولید پلاستیک‌ها کاربرد دارد. اگر بتوانیم CO2 را به الفین برای تولید پلاستیک‌ها تبدیل کنیم در حقیقت آن را به یک ماده‌ی جامد قابل ذخیره‌ی بلندمدت تغییر داده‌ایم که گام بسیار بزرگی خواهد بود.
منبع: phys.org
