از کربن‌دی‌اکسید و پلاستیک تا سوخت‌های پاک و پایدار
محققان دانشگاه کمبریج، موفق به ساخت راکتوری شده‌اند که با استفاده از انرژی خورشیدی می‌تواند کربن‌دی‌اکسید جذب شدهاز هوا و زباله‌های پلاستیکی را به سوخت‌های پایدار و دیگر محصولات شیمیایی ارزشمند و قابل‌استفاده تبدیل کند. در آزمایش‌های صورت‌گرفته، دانشمندان توانسته‌اند دی‌اکسیدکربن را به گاز سنتز (مخلوطی از گازهای هیدروژن و مونوکسید کربن به نسبت‌های مختلف) که یک ساختار کلیدی برای سوخت‌های مایع پایدار است و ضایعات و بطری‌های پلاستیکی را به اسید گلیکولیک که به طور گسترده در صنعت لوازم آرایشی استفاده می‌شود، تبدیل کنند.
نکته حائز اهمیت در این آزمایش‌ها این است که محققین کربن‌دی‌اکسید موردنیاز خود را از منابع واقعی مانند گاز خارج شده از دودکش‌های صنعتی، اگزوز ماشین‌آلات و یا CO2 موجود در هوا تامین کرده‌اند و با جذب و متمرکزکردن آن، کربن‌دی‌اکسید در نهایت به سوختی پایدار تبدیل شده است.
اگرچه این تکنولوژی در مقیاس آزمایشگاهی تست شده است و تا پیشرفت آن برای استفاده در صنایع و مقیاس بزرگ‌تر راه زیادی باید طی شود، اما نتایج منتشر شده نشان‌دهنده برداشتن گام مهمی در جهت تولید سوخت‌های پاک برای بهبود شرایط کنونی محیط‌زیست و کاهش استخراج مخرب نفت و گاز است.
فتوسنتز، چراغ راه دانشمندان
طی سال‌های متمادی، پروفسور اروین رایسنر و گروه تحقیقاتی او تمرکز خود را بر روی فرایندهایی گذاشته‌اند که بتوانند سوخت‌های کربنی پایدار و خالص را با الهام از فتوسنتز، به‌وسیله تابش و گرمایش خورشیدی و بکار بردن برگ‌های مصنوعی تولید کنند. این برگ‌های مصنوعی با استفاده از نور خورشید، کربن‌دی‌اکسید و آب را به سوخت تبدیل می‌کنند.
تا به امروز، رایسنر در آزمایش‌های خورشیدی خود از کربن‌دی‌اکسید خالص و غلیظ استفاده می‌کرده. اما به‌منظور کاربردی‌تر کردن فرایند و نزدیک‌تر شدن به شرایط واقعی، آزمایش‌های اخیر را به‌وسیله CO2 فعال موجود در هوا و گازهای حاصل از فرایندهای صنعتی انجام داده است. بااین‌حال، به این دلیل که CO2 تنها یکی از انواع مولکول‌های موجود در هوایی است که ما تنفس می‌کنیم، استفاده از این فناوری برای تبدیل کربن‌دی‌اکسید رقیق هوا به یک سوخت پایدار، چالش فنی بزرگی است.
رایسنر دراین‌رابطه می‌گوید: آزمایش‌های ما فقط برای کربن‌زدایی نیست، بلکه در حقیقت به جهت حذف سوخت‌های فسیلی صورت گرفته‌اند. در کوتاه‌مدت این فناوری می‌تواند به کاهش کربن‌دی‌اکسید موجود در هوا منتهی شود، در میان‌مدت کاهش انتشار کربن را به دنبال داشته باشد و در انتها با جذب کربن و تبدیل آن به سوخت پاک، مصرف سوخت‌های فسیلی را تا حدی پایین بیاورد که میزان CO2 آزاد شده در طبیعت به حالت متعادل و طبیعی خود بر‌گردد.
گامی نو در جهت ارتقاء فناوری جذب کربن در صنایع
دانشمندان برای انجام این تحقیقات از فناوری جذب کربن در صنایع (CCS) و ذخیره آن در زیر زمین الهام گرفتند.
رایسنر در ادامه اضافه می‌کند: «ذخیره‌سازی کربن (CCS) فناوری است که در صنعت از آن برای کاهش انتشار کربن موجود در سوخت‌های فسیلی استفاده می‌شود. اما اگر به‌جای جذب، ذخیره و دفن کربن در زیر زمین، آن را جذب و سپس استفاده کنیم، هم از عواقب بلندمدت ناشی از ذخیره کربن در زمین جلوگیری کرده‌ایم و هم موفق به تولید سوختی مفید از CO2 شده‌ایم که هر دو این موارد در صورت کارآمد بودن، حذف سوخت‌های فسیلی را به همراه خواهند داشت.»
محققان فناوری خورشیدی خود را به نحوی با CCS تطبیق دادند که گازهای خارج شده از دودکش، CO2 موجود در هوا و پلاستیک‌ها را تنها با استفاده از نیروی خورشید به سوخت و مواد شیمیایی تبدیل کند.
نحوه عملکرد راکتور
فرایند تبدیل CO2 با حباب زدن هوا در سیستم حاوی یک محلول قلیایی رخ می‌دهد. در این سیستم CO2 به طور گزینش شده به دام می‌افتد و سایر گازهای موجود در محفظه دستگاه مانند نیتروژن و اکسیژن بدون هیچ ضرری از سیستم خارج می‌شوند. در حقیقت عمل حباب زدن به دانشمندان این امکان را می‌دهد که بتوانند کربن‌دی‌اکسید موجود در هوا را در محلول متمرکز کنند. در این شرایط آزمایش بر روی CO2 و تهیة سوخت از آن بسیار راحت‌تر است.
سیستم پردازش شامل یک فوتو کاتد، یک آند و دو محفظه است. در یکی از محفظه‌ها محلول CO2 جذب و به گاز سنتز تبدیل می‌شود و در محفظه دیگر به‌وسیله نور خورشید، از پلاستیک مواد شیمیایی مفیدی تولید می‌گردد.
پروفسور رحمان از دیگر محققان و ناظر این تحقیقات می‌گوید: «پلاستیک یک جزء مهم در این سیستم است. جذب CO2 به طور مستقیم از هوا و تبدیل آن به سوخت پاک، به‌تنهایی کار دشواری است. اما اگر پلاستیک را به سیستم اضافه کنیم، با اهدا الکترون‌های خود به CO2، جذب آن را آسان‌تر می‌کند و در ادامه این فرایند به اسید گلیکولیک که به طور گسترده در صنایع آرایشی و بهداشتی استفاده می‌شود، تبدیل می‌گردد و CO2 در نهایت به ماده‌ای پاک و سوخت سبز تغییر شکل می‌دهد.»
دکتر سایان کار، از محققان ارشد این پژوهش در تکمیل صحبت‌های همکاران خود اضافه می‌کند: «این سیستم با انرژی خورشیدی دو محلول زائد و مضر را (پلاستیک و کربن‌دی‌اکسید) می‌گیرد و آن را به ماده‌ای مفید تبدیل می‌کند. ارزش علم در همین است»
به گفته رحمان: «طی آزمایش‌های صورت‌گرفته ثابت شد که بجای ذخیره دی‌اکسیدکربن در زمین مانند فرایند CCS، می‌توان ماهیت آن را از ماده‌ای مضر به سوختی تمیز تغییر داد. برای نجات زمین، بهبود شرایط و کاهش آسیب‌های وارده به محیط‌زیست، ما باید روش‌های قدیمی و را به شیوه‌ای عملی و مفید تغییر دهیم. با پیروی از همین اصل ما توانستیم راهکاری برای حذف سوخت‌های فسیلی و کمک به توقف روند تخریب طبیعت ارائه دهیم.»
معجزه علم
سایان می‌گوید: «این واقعیت که ما می‌توانیم به طور موثر CO2 را برای حفظ طبیعت حذف کنیم، مانند یک معجزه است و انجام این عمل با یک منبع انرژی نامحدود و در دسترس – نور خورشید – معجزه‌ای بزرگ‌تر.»
این گروه تحقیقاتی در حال حاضر بر روی دستگاه‌های کوچک تبدیل CO2 و پلاستیک به مواد مفید کار می‌کنند. تلاش آن‌ها برای ورود دستگاه‌ها و نتایج آزمایش‌هایشان به طور عملی و گسترده به بازار جهانی و ارائه این تکنولوژی کارآمد به صنایع بزرگ در سراسر جهان است.