خبرگزاری آریا - پژوهشگران با توسعه یک کاتالیزور جدید در مقیاس اتمی، موفق شدهاند زبالههای پلاستیکی را در فرآیندی دو مرحلهای به سوخت جت با کیفیت بالا تبدیل کنند.
محققان دانشگاه جنگلداری نانجینگ و دانشگاه چینهوا روشی برای تبدیل زبالههای پلاستیکی به چیزی نزدیک به سوخت جت توسعه دادهاند.
گفتنی است که فرآیندهای مشابهی قبلاً انجام شده است، اما این فرآیند جدید، ارزانتر و کارآمدتر است و به دما و فشار کمتری نیاز دارد.
همچنین به ادعای این تیم تحقیقاتی، این روش میتواند مانند تلاشهای قبلی به طور مداوم و نه به صورت دستهای اجرا شود.
در مطالعه این تیم که در مجله Nature Energy منتشر شده است، این فرآیند جدید، پلاستیک را در دماهای بالا در حضور هیدروژن تجزیه میکند.
پروفسور یادونگ لی(Yadong Li) و دینگشنگ وانگ(Dingsheng Wang)، نویسندگان ارشد این مقاله میگویند: گروه ما چندین سال است که از دیدگاه کاتالیزور به هیدروژنولیز پلاستیک نزدیک شده است، درست زمانی که این حوزه وارد دوران کاتالیزورهای تک اتمی شد.
آنها افزودند: مشکلی که ما را به عقب میراند، گزینشپذیری بود؛ هیدروژناسیون مرسوم پلاستیک، توزیع محصول را گسترده و دشوار میکند. ما میخواستیم بدانیم که آیا طراحی مرکز فعال در مقیاس اتمی میتواند در نهایت به ما در حل این مشکل کمک کند یا خیر.
این موضوع قابل توجه است، زیرا معمولاً وقتی پلاستیک را ذوب میکنید، در نهایت به نوعی سوپ از گازها، موم، روغن، زغال، قیر و هیدروکربنهای سبک میرسید و هر نوع سوخت مفید حاصل، معمولاً مقدار بسیار کمی دارد.
تبدیل زبالههای پلاستیکی به سوخت جت
محققان برای این منظور تصمیم گرفتند مسیری را برای هدایت فرآیند تجزیه پلاستیک به سمت مولکولهای دقیق مورد نظر پیدا کنند.
همانطور که این تیم توضیح میدهد، این فرآیند جدید، دو مرحلهای است که در مرحله اول موسوم به پیرولیز(pyrolysis)، پلاستیک را در دمای بیش از 460 درجه سانتیگراد گرم میکند. در این مرحله، زنجیرههای طولانی پلاستیک به بخشهای کوچکتر هیدروکربن تبدیل میشوند.
سپس مرحله دوم، بخش هوشمندانهای است که در آن از این بخشها برای ساخت قطعات سوخت جت استفاده میشود.
محصولات حاصل از مرحله اول که هیدروژنزایی نامیده میشود، در دمای 160 درجه سانتیگراد از کاتالیزورهای ویژه عبور داده میشوند تا مولکولهای مفیدی مانند سیکلوآلکانها، هیدروکربنهای متراکم و مولکولهای سوخت جت تولید شوند.
محققان میگویند: پس از بررسی چندین کاتالیزور دریافتیم که جایگاههای Ru جدا شده روی اکسید CoAl میتوانند استایرن را در فشار نزدیک به فشار محیط به اتیل سیکلوهگزان هیدروژنه کنند.
خود پلیاستایرن به مونومر و واسطههای الیگومر پیرولیز میشود که سپس در این جایگاههای Ru تحت هیدروژنولیز کارآمد قرار میگیرند.
محققان افزودند: آنچه ما را شگفتزده کرد، این بود که این مسیر پشت سر هم، سوخت جت مشتق شده از پلاستیک را با خواص سوختی واقعاً جذاب و اقتصاد فرآیندی ارائه داد. پلیاستایرن یک انتخاب جالب است، زیرا یک محصول زائد بسیار رایج از چیزهایی مانند بستهبندی و اقلام یکبار مصرف است. همچنین هنگام گرم شدن، نسبتاً تمیز تجزیه میشود.
پلیاستایرن انتخاب خوبی است
لی و وانگ میگویند: در مقایسه با مسیر سنتی رآکتورهای دستهای با فشار بالا، یک رآکتور جریان پیستونی پشت سر هم همراه با سایتهای Ru با پراکندگی اتمی کارآمد، یک جایگزین معنادار است.
آنها افزودند: ما همچنین افزایش مقیاس را آزمایش کردیم؛ کاتالیزور را در مقیاس گرم آماده و ارزیابی کردیم و هم کاتالیزور و هم مرحله هیدروژناسیون محیطی به خوبی افزایش مقیاس یافتند. یک تحلیل فنی-اقتصادی، حداقل قیمت فروش رقابتی را 1.0 تا 1.8 دلار آمریکا در هر کیلوگرم تعیین کرد که رقمی واقعاً رقابتی است.
این فرآیند، جالب و امیدوارکننده است، اما هنوز مشخص نیست که آیا میتواند در خارج از آزمایشگاه مقیاسپذیر باشد یا خیر. با این اوصاف، این یک مسیر شیمیایی بالقوه مقیاسپذیر است که ارزش بررسی دارد.
لی و وانگ افزودند: ما قصد داریم این مسیر را در چرخه عمر موجود و چارچوب فنی-اقتصادی خود بهینه کنیم، با تمرکز بر اینکه کاتالیزور چگونه کل فرآیند را شکل میدهد و به سمت کاتالیزورهای تک اتمی Ru با کارایی بیشتر حرکت کنیم.
آنها ادامه دادند: ما همچنین میخواهیم با افزایش مقیاس آمادهسازی کاتالیزور (تا مقیاس کیلوگرم و فراتر از آن)، فعالیت و پایداری ساختاری را حفظ کنیم. در بخش فرآیند، ما روی یک سیستم تغذیه جامد مداوم کار خواهیم کرد تا گردش کار فعلی را بهبود بخشیم.