امکان تبدیل گاز های گلخانه ای به یک منبع انرژی

محققان دانشگاه علم و صنعت ایران و دانشگاه کاشان با سنتز یک نانوکاتالیست، گامی مهم در جهت صنعتی شدن فرایندی برداشتند که طی آن گاز متان به یک ترکیب گازی با ارزش برای تولید محصولات شیمیایی تبدیل می‌شود.

امروزه بحران انرژی را می‌توان به‌عنوان یکی از معضلات پیش روی بشر به شمار آورد. در سالیان گذشته، رشد سریع جمعیت و افزایش مصرف انرژی در صنایع، باعث رشد تقاضای انرژی شده است. انتظار می‌رود این میزان تقاضا از سال ۲۰۰۴ تا ۲۰۳۰ به میزان ۵۷ درصد افزایش پیدا کند. بنابراین استفاده‌ی بهینه از تمامی منابع انرژی بسیار حائز اهمیت است. از طرفی انتشار گازهای گلخانه‌ای نیز سبب آلودگی گسترده‌ی زیست‌محیطی و نازک شدن لایه اوزون می‌شود. متان و دی‌اکسید کربن بخش عمده‌ای از این گازها را تشکیل می‌دهند و در تغییر اقلیم نقش کلیدی ایفا می‌کنند. با این تفاسیر، استفاده و تبدیل این گازها به یک ترکیب گازی مناسب می‌تواند به‌عنوان یک راهکار برای مقابله‌ی همزمان با آلودگی زیست‌محیطی و بحران انرژی تلقی شود.

مهندس احسان اکبری، پژوهشگر این طرح از گاز سنتز به‌عنوان یک گاز پراستفاده در فرایندهای مختلف صنایع شیمیایی و متالورژی یاد کرد و افزود: «گاز سنتز مخلوطی از هیدروژن و دی‌اکسید کربن است که در صنایع شیمیایی و متالورژی کاربرد فراوان دارد. این گاز مفید را می‌توان از گاز طبیعی به دست آورد. بدین منظور روش‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد که دراین‌بین تولید گاز سنتز به کمک فرایند ریفرمینگ خشک گاز متان هم از لحاظ صنعتی و هم از لحاظ زیست‌محیطی بسیار حائز اهمیت است.»

وی در رابطه با مهم‌ترین مشکل در راه صنعتی شدن این فرایند گفت: «مهم‌ترین مشکل این فرایند، غیرفعال شدن کاتالیستهای مورد استفاده بر اثر تشکیل کک است که در این طرح سعی شده با بهره‌گیری از فناوری نانو بر این مشکل غلبه شود. در طرح حاضر یک نانوکاتالیست نانوکامپوزیتی ارزان سنتز شده است که مقاومت بالاتری نسبت به کاتالیستهای رایج در برابر غیرفعال شدن دارد.»

این محقق ادامه داد: «در این پژوهش سنتز نانوکاتالیست Ni-MgO-Al2O3 با نسبت مولی MgO/Al2O3 برابر یک به روش هم رسوبی مورد بررسی قرار گرفته است. شناخت خصوصیات نانوکاتالیستهای تهیه شده به‌منظور بررسی نحوه‌ی عملکرد آن‌ها در فرایند ریفرمینگ خشک گاز متان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و با شناخت دقیق ساختار کاتالیست، می‌توان عملکرد آن را در فرایند پیش‌بینی نمود. بنابراین در این پژوهش علاوه بر آزمون‌ رآکتوری، از آنالیزهای BET، جهت اندازه‌گیری مساحت سطح و مشخص کردن اندازه‌ی خلل و فرج‌ها، آزمون XRD برای شناسایی نوع فاز بلوری کاتالیست، آزمون TPR جهت بررسی شرایط احیای گونه‌های اکسیدی در نانوکاتالیست پایه‌دار، آزمون TPO جهت بررسی میزان کربن تشکیل شده بر روی سطح کاتالیست مستعمل و همچنین میکروسکوپ الکترونی روبشی به‌منظور تعیین مورفولوژی سطح، مقدار، نحوه‌ی تجمع ذرات و اندازه‌ی آن‌ها استفاده شده است.»
اکبری افزایش سطح فعال ذرات به دلیل کاهش ابعاد آن‌ها را به‌عنوان دلیل اصلی بهبود عملکرد کاتالیستی آن‌ها برشمرد و افزود: «نتایج آنالیز BET نشان داد که ساختار نانوبلوری نانوکاتالیست سنتز شده دارای سطح ویژه بالای ۱۹۰ مترمربع بر گرم است که این موضوع بهبود چشمگیر عملکرد کاتالیستی آن‌ها را در پی دارد. همچنین این نانوکاتالیستها در مدت‌زمان واکنش ۷۰۰ دقیقه پایداری بالایی از خود به نمایش گذاشتند.»

این طرح با همکاری مهندس احسان اکبری، دانش‌آموخته‌ی مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه علم و صنعت ایران، دکتر سید مهدی علوی، عضو هیأت علمی دانشگاه علم و صنعت ایران و دکتر مهران رضایی، عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان و شرکت توسعه‌ی صنایع نفت و گاز سرو به انجام رسیده است.