پژوهشگران دانشگاه توکیو روشی نوین ارائه کرده‌اند که با استفاده از امواج مایکروویو انرژی مورد نیاز در برخی فرایند‌های شیمیایی صنعتی را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.
به گزارش sciencedaily، بسیاری از واکنش‌های صنعتی به گرما وابسته‌اند، اما شیوه‌های سنتی معمولا ناکارآمدند، زیرا کل محفظه را گرم می‌کنند، در حالی‌که تنها بخش‌های بسیار کوچکی از ماده نیاز به انرژی دارند.
در این روش جدید انرژی دقیقا بر نقاط فعال ماده متمرکز می‌شود. محققان با بهره‌گیری از مایکروویو‌هایی مشابه آنچه در مایکروویو خانگی استفاده می‌شود، اما با فرکانس متفاوت توانستند بازده انرژی را تا ۴.۵ برابر بیشتر از روش‌های مرسوم افزایش دهند.
رویکردی سبز برای صنعت شیمی
به گفته فومینائو کیشیموتو مدرس گروه مهندسی سیستم‌های شیمیایی دانشگاه توکیو کاهش مصرف انرژی و کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای همچنان یکی از چالش‌های اصلی جهان است. این تیم تحقیقاتی در چارچوب برنامه‌های گذار سبز به‌دنبال روش‌های پاک‌تر و کارآمدتر برای انجام فرایند‌های شیمیایی است.
ایده اصلی ساده اما تحول‌آفرین است
واکنش‌های شیمیایی تنها در نقاط بسیار کوچک و محدود رخ می‌دهند، اما در روش‌های فعلی انرژی به کل راکتور منتقل می‌شود. پژوهشگران با این فرض که می‌توان انرژی را به یک نقطه فعال اتمی رساند، فرایندی طراحی کردند که شبیه گرم‌کردن موضعی مواد در مایکروویو عمل می‌کند.
تنظیم فرکانس برای گرمایش دقیق
در حالی‌که مایکروویو‌های خانگی از فرکانس حدود ۲.۴۵ گیگاهرتز استفاده می‌کنند، پژوهشگران برای برانگیختن ماده مورد نظر خود یعنی زئولیت از فرکانس پایین‌تر ۹۰۰ مگاهرتز بهره بردند؛ فرکانسی که به‌طور موثر توسط این ماده جذب می‌شود.
به گفته کیشیموتو چالش اصلی اثبات این موضوع بود که تنها یک نقطه فعال اتمی گرم می‌شود. تیم او برای این کار چهار سال صرف توسعه یک محیط آزمایشی در مرکز پرتو تابشی عظیم ژاپن SPring-۸ کرد. در این آزمایش‌ها زئولیت اسفنج‌مانند با حفره‌هایی قابل تنظیم نقش کلیدی داشت. یون‌های ایندیم داخل این حفره‌ها مانند آنتن عمل می‌کردند و با جذب مایکروویو گرما را به مواد واکنش‌دهنده منتقل می‌کردند.
از تولید سوخت تا بازیافت CO₂
این روش به دلیل امکان رساندن گرما به نقاط مشخص می‌تواند دما‌های کلی فرایند را کاهش دهد و واکنش‌های سختی مانند تجزیه آب یا تبدیل متان به سوخت را با بازده بالاتر انجام دهد. همچنین با تغییر اندازه حفره‌های زئولیت، می‌توان راندمان یا کنترل فرایند را افزایش داد.
یکی از مزیت‌های مهم این فناوری قابلیت استفاده در کربن‌گیری و بازیافت CO₂ است؛ به‌عنوان نمونه در فرایند تبدیل متان می‌توان CO₂ را نیز بازیافت کرد. این روش حتی می‌تواند روند بازیافت پلاستیک‌ها را نیز آسان‌تر کند.
چالش‌ها و مسیر صنعتی‌سازی
با وجود امیدواری‌ها مسیر انتقال این فناوری از آزمایشگاه به صنعت آسان نیست. ساخت مواد مورد استفاده پیچیده و پرهزینه است؛ اندازه‌گیری دما در مقیاس اتمی دشوار است و نیاز به ابزار‌های دقیق‌تر دارد. همچنین هنوز اتلاف انرژی حرارتی و الکتریکی وجود دارد که باید کاهش یابد.
کیشیموتو می‌گوید: هدف ما گسترش این مفهوم به واکنش‌های مهم دیگر بهینه‌سازی کاتالیست‌ها و افزایش دوام و مقیاس‌پذیری است. این فناوری هنوز در مرحله آزمایشگاهی است اما انتظار داریم در یک دهه آینده آزمایش‌های پایلوت انجام شود. پذیرش صنعتی به پیشرفت فناوری و زیرساخت انرژی بستگی دارد و برای این کار به همکاری شرکت‌های صنعتی نیاز داریم.
این دستاورد می‌تواند در آینده نقش مهمی در کاهش انتشار CO₂ و توسعه سوخت‌های پاک‌تر ایفا کند؛ گامی مهم در مسیر صنعت شیمی سبز و کارآمد.
انتهای پیام/
مسئولیت این خبر با سایت منبع و جامعه ورزشی آفتاب نو در قبال آن مسئولیتی ندارد. خواهشمندیم در صورت وجود هرگونه مشکل در محتوای آن، در نظرات همین خبر گزارش دهید تا اصلاح گردد.
آخرین اخبار ورزشی از فوتبال ایران و باشگاه های جهان را در سایت ورزشی آفتاب نو بخوانید
|
مطالب پیشنهادی از سراسر وب |
