معرفی روشی نوین و سبز برای تبدیل متان به هیدروژن توسط پژوهشگران امیرکبیر

خرید بک لینک: پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر با بهره گیری از پلاسمای القای لیزری روشی کارآمد و دوستدار محیط زیست برای افزایش بازده تبدیل متان به هیدروژن ارائه کردند.
به گزارش گروه علمی ایرنا فاطمه احمدی نوری دانش آموخته دکترا و مجری طرح، عنوان تحقیقات اجرای شده را افزایش بازده تبدیل متان به هیدروژن به روش تخلیه اسپارک به همراه پلاسمای القای لیزری (SD-LIP) عنوان نمود و اظهار داشت: افزایش بیش از پیش تقاضا برای انرژی منجر به گرمایش جهانی، تغییرات اقلیم و تولید زیاد گازهای گلخانه ای می شود و این مساله نیاز فوری به تبدیل گازهای گلخانه ای، بطور ویژه گاز متان و دی اکسید کربن، به محصولات باارزش را مهم تر کرده است.
وی با اشاره به گزارش هیات دولتی بین المللی تغییرات آب و هوایی، اشاره کرد: بر این اساس متان در یک دوره ۲۰ ساله ۸۶ برابر بیش از دی اکسید کربن منجر به گرمایش جهانی شده است و فراوان ترین ماده در ترکیب گاز طبیعی به شمار می آید. همین طور احتراق متان منجر به آزادسازی فراوان دی اکسید کربن به جو می شود.
بنابراین یافتن روشی کارآمد برای تبدیل متان به ترکیبات باارزش که به کاهش گازهای گلخانه ای ختم شود، توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است.

استفاده از پلاسمای لیزری در کنار روش متداول تخلیه اسپارک

بر اساس این گزارش از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، احمدی بیان کرد: تقاضای هیدروژن در سال ۲۰۲۰ به ۹۰ میلیون تن رسید که عمده آن برای مصارف پالایشی و صنعتی است و بصورت عمده از سوخت های فسیلی تولید می شود. تولید این ۹۰ میلیون تن هیدروژن با تولید ۹۰۰ میلیون تن دی اکسیدکربن هم راه است و سالانه، پالایشگاه ها نزدیک به ۴۰ میلیون تن هیدروژن به عنوان ماده اولیه یا به عنوان منبع انرژی مصرف می کنند. تقاضا در بخش صنعت تا حدودی بیشتر است (بیش از ۵۰ میلیون تن هیدروژن) که تولیدات شیمیایی حدود ۴۵ میلیون تن از تقاضای هیدروژن را تشکیل می دهد و حدودا سه چهارم آن به تولید آمونیاک و یک چهارم به متانول اختصاص دارد.
این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر چهار منبع اصلی تولید تجاری هیدروژن را شامل گاز طبیعی، روغن، زغال سنگ و الکترولیز عنوان نمود و افزود: هر یک از این تکنیک ها به ترتیب ۴۸، ۱۸، ۳۰ و ۴ درصد از سهم تولید هیدروژن را از آن خود کرده اند. هیدروژن در حجم بالا بصورت ویژه بیش از طریق پروسه اصلاح بخار متان یا گاز طبیعی به دست می آید. این تکنیک هم اکنون ارزان ترین روش تولید هیدروژن است. بسته به کیفیت ماده اولیه گاز طبیعی، به ازای تولید هر تن هیدروژن، ۹ تا ۱۲ تن دی اکسید کربن تولید می شود.

احمدی هدف نهایی در اقتصاد هیدروژن را یافتن روش های اقتصادی با پایین ترین میزان خسارت به محیط زیست با بیشترین کارآیی و بازده در تولید هیدروژن دانست و افزود: این تکنیک که برای نخستین بار در جهان پیشنهاد شده نشان داد این پروسه بطور کارآمد متان را به هیدروژن تبدیل می کند و منجر به کمتر شدن تشکیل دوده کربنی در ساختار، کاهش ولتاژ فروشکست و انرژی اعمالی به سیستم جهت تبدیل می شود.
وی با اشاره به پروسه اجرای این مطالعه اظهار داشت: در این تکنیک پیشنهاد شده تا از پلاسمای القایی لیزری در کنار روش متداول تخلیه اسپارک در حضور کاتالیست پالادیم برای افزایش و بهبود کارآیی تبدیل متان به هیدروژن استفاده گردد. به همین دلیل انواع آزمایش ها جهت بررسی کارآیی این سیستم انجام شده که نتایج، بهبود کارآیی و افزایش بازده تبدیل را در این سیستم پیشنهادی تایید می کند.
احمدی توضیح داد: اسپارک که به آن تخلیه الکتریکی هم گفته می شود، روشی است که در آن ابزار و قطعه را در فاصله از هم قرار می دهند. سپس گازی میان آنها جریان می یابد و جرقه را به وجود می آورد. این جرقه عمل تراش را انجام می دهد.

نتایج این مطالعات در نشریه بین المللی مهندسی شیمی The Chemical Engineering Journal با ضریب تاثیر ۱۵ انتشار یافته است. در روش تخلیه اسپارک به همراه پلاسمای القایی لیزری در حضور کاتالیست پالادیم نسبت به روش متداول تخلیه اسپارک تبدیل متان بالاتر از ۴.۵ برابر بالا رفته و در نهایت افزایش ۴.۸ برابری تبدیل هیدروژن را در پی داشته است. ولتاژ فروشکست که انرژی اولیه مورد نیاز را تامین می کند، در این تکنیک یک چهارم انرژی مورد نیاز در روش سنتی تخلیه اسپارک است.
احمدی بهبود بازده تبدیل متان، افزایش تولید هیدروژن، کاهش موثر انرژی مصرفی، کاهش تولید دوده کربنی، افزایش کارآیی کاتالیست، کاهش شدید ولتاژ فروشکست، کاهش خوردگی الکترود و پاک سازی لیزری همزمان سطح کاتالیست را از مزایای این تکنیک نام برد.

این مطالعه با همکاری و هدایت دکتر پرویز پروین از اعضاء هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر اجرا شده است.

منبع:

دکمه بازگشت به بالا