از نور خورشید تا متانول: دستاورد انقلابی در تبدیل CO2 به سوخت سبز
در دنیای امروز که بحران تغییرات اقلیمی و افزایش غلظت گازهای گلخانه‌ای به یکی از جدی‌ترین چالش‌های جهانی بدل شده، یافتن روش‌هایی کارآمد برای کاهش انتشار دی‌اکسید کربن (CO2) و تولید سوخت‌های پاک اهمیت چشمگیری دارد. در این راستا، پژوهشگران بین‌المللی موفق به توسعه روشی شده‌اند که با استفاده از نور خورشید، مس و نانوبلورهای نیترید کربن، CO2 را با کارایی بالا به متانول تبدیل می‌کند. این دستاورد می‌تواند گامی مهم در جهت تولید سوخت‌های پایدار باشد؛ موضوعی که برای صنعت انرژی و به ویژه فعالان حوزه سوخت‌های پاک، از جمله مجموعه‌های پیشرویی چون جت اکتان، بسیار حائز اهمیت است.د
فناوری نوین: استفاده از نور خورشید و کاتالیزور نانوساختار
تیمی بین‌المللی از دانشگاه ناتینگهام (دانشکده شیمی)، دانشگاه بیرمنگام، دانشگاه کوئینزلند و دانشگاه اولم، ماده‌ای متشکل از اتم‌های مس در ساختار نانوبلورهای نیترید کربن طراحی کرده‌اند. این اتم‌های مس درون ساختار نانوبلوری جای گرفته‌اند و امکان انتقال الکترون از نیترید کربن به CO2 را فراهم می‌کنند. این مرحله، گامی کلیدی در تبدیل CO2 به متانول تحت تابش خورشید است. نتایج این پژوهش در مجله‌ی Sustainable Energy & Fuels انجمن سلطنتی شیمی منتشر شده است.
چالش کارایی و گزینش‌پذیری در فوتوکاتالیست‌ها
در فرایند فوتوکاتالیست، تابش نور بر نیمه‌رسانا سبب تحریک الکترون‌ها می‌شود. این الکترون‌ها می‌توانند با CO2 و آب واکنش داده و محصولات متعددی نظیر متانول را تولید کنند. اما تاکنون کارایی پایین و عدم گزینش‌پذیری کافی، موانعی جدی بر سر راه این فناوری بوده‌اند. نکته مهم دیگر، اتکا به هیدروژن حاصل از سوخت‌های فسیلی در روش‌های سنتی است که پایایی زیست‌محیطی را زیر سؤال می‌برد. از این رو، توسعه روش‌های جایگزین بر پایه انرژی خورشیدی و منابع طبیعی فراوان مانند آب، گامی ضروری برای حرکت به سمت آینده‌ای پاک‌تر محسوب می‌شود.
مهندسی در مقیاس نانو برای کاتالیز بهتر
دکتر ماداسامی تانگاموتو، پژوهشگر پسادکتری از دانشکده شیمی دانشگاه ناتینگهام، می‌گوید: «ما با مهندسی نیترید کربن در ابعاد نانومتری، توانستیم ساختاری بلورین ایجاد کنیم که نه تنها نور را به خوبی جذب می‌کند، بلکه جدایش بار الکتریکی را نیز تسهیل می‌نماید.» در این پژوهش، محققان با کنترل دقیق فرایند حرارتی، درجه بلورینگی نیترید کربن را به حد مطلوب رساندند. سپس با استفاده از روش اسپاترون مغناطیسی (Magnetron Sputtering)، اتم‌های مس را در شرایطی بدون حلال بر روی نیترید کربن نشاندند و تماس نزدیکی میان نیمه‌رسانا و فلز برقرار کردند. این رویکرد منجر به بهبود کارایی واکنش و تسهیل انتقال الکترون به CO2 شد.
افزایش چشمگیر بازدهی و تغییر گزینش‌پذیری
تارا لِمِرسیر، دانشجوی دکتری دانشگاه ناتینگهام که کارهای آزمایشگاهی را انجام داده، می‌گوید: «حتی بدون حضور مس، شکل جدید نیترید کربن 44 برابر فعال‌تر از نیترید کربن سنتی است. اما افزودن تنها 1 میلی‌گرم مس به ازای هر گرم نیترید کربن، کارایی را چهار برابر افزایش داد.»
او اضافه می‌کند که مهم‌ترین تغییر، تبدیل گزینش‌پذیری از متان – که خود یک گاز گلخانه‌ای است – به متانول به عنوان یک سوخت سبز ارزشمند بوده است. بدین ترتیب، محصول نهایی نه تنها برای محیط زیست زیان‌بار نیست، بلکه برای صنایع مرتبط با سوخت‌های پاک، نظیر آنچه جت اکتان دنبال می‌کند، ارزش افزوده فراوانی دارد.
پتانسیل پایدار و حرکت به سوی آینده‌ای پاک
پروفسور آندری خلوبیستوف از دانشگاه ناتینگهام نیز تأکید می‌کند که ارتقای ارزش دی‌اکسید کربن، کلید دستیابی به اهداف اقلیمی است. او می‌گوید: «کاتالیزور جدید ما از عناصر فراوان در زمین، یعنی کربن، نیتروژن و مس تشکیل شده است. این نه تنها از نظر زیست‌محیطی پایدار است، بلکه در مسیر دستیابی به هدف خالص صفر (Net-zero) برای انتشار کربن نیز گام بزرگی محسوب می‌شود.»
این پژوهش با حمایت مالی از برنامه EPSRC موسوم به «اتم‌های فلزی بر سطوح و مرزها (MASI) برای آینده‌ای پایدار» صورت گرفته است. این برنامه به دنبال توسعه کاتالیزورهایی برای تبدیل سه مولکول کلیدی – دی‌اکسید کربن، هیدروژن و آمونیاک – است که همگی برای اقتصاد و محیط زیست اهمیت حیاتی دارند. در این برنامه تلاش می‌شود با استفاده از عناصر در دسترس و فراوان، از کاهش منابع کمیاب جلوگیری شده و از عناصری چون کربن و فلزات پایه به بهترین نحو بهره‌برداری شود.
نتیجه گیری
دستاورد جدید پژوهشگران در تبدیل CO2 به متانول با استفاده از نور خورشید، مس و نانوبلورهای نیترید کربن، نشان‌دهنده پتانسیل عظیم فناوری فوتوکاتالیست‌ها در تولید سوخت‌های پایدار و تمیز است. این موفقیت نه تنها به بهبود کارایی و گزینش‌پذیری واکنش کمک می‌کند، بلکه فرصت‌های تازه‌ای برای توسعه سوخت‌های سبز و مستقل از سوخت‌های فسیلی فراهم می‌آورد. در شرایطی که مسائلی چون پایداری، کاهش هزینه‌ها و کاربردی کردن این فناوری در مقیاس وسیع اهمیت دارد، نقش شرکت‌ها و گروه‌هایی نظیر جت اکتان که بر پیشرفت و گسترش سوخت‌های پاک تمرکز دارند، پررنگ‌تر خواهد شد.
در مجموع، این پیشرفت علمی قدمی بزرگ به سوی آینده‌ای پاک‌تر، پایدارتر و وابسته به منابع انرژی تجدیدپذیر است. مزایای چنین فناوری‌هایی، نه تنها برای محیط زیست، بلکه برای صنایع مرتبط با انرژی و سوخت‌های نوین نیز چشمگیر خواهد بود.
