تولید سوخت بدون کربن از آفتاب و هوا
ايسنا/ دانشمندان موسسه فناوري فدرال زوريخ با استفاده از نور خوشيد و هوا موفق به ابداع يک سوخت عاري از کربن شده و براي اولين بار در سراسر جهان است کل زنجيره فرآيند ترموشيمي را در شرايط واقعي نشان دادند. محققان مؤسسه فناوري فدرال زوريخ(ETH Zurich) موفق به توليد سوخت هيدروکربن مايع منحصراً از نور خورشيد و هوا شدهاند. دانشمندان براي توليد سوختهاي مايع يک پالايشگاه خورشيدي ايجاد کردهاند که در طول احتراق به همان اندازه کربن دياکسيد (CO2) توليد ميشود که قبلاً از هوا براي توليد آنها استخراج شده است. "آلدو استاينفلد" استاد حاملهاي انرژي تجديدپذير در مؤسسه فناوري فدرال زوريخ و رئيس اين گروه تحقيقاتي ميگويد: اين پالايشگاه ثابت ميکند که سوختهاي هيدروکربني بدون توليد کربن ميتوانند در شرايط طبيعي از نور خورشيد و هوا ساخته شوند. فرآيند ترموشيمي از کل طيف خورشيد استفاده ميکند و در دماهاي بالا به انجام واکنشهاي سريع با بازدهي بالا اجازه ميدهد. ترموشيمي(Thermochemistry) علمي است که به مطالعه تغييرات گرما و انرژي طي يک واکنش شيميايي ميپردازد. اين اولين بار در جهان است که يک تيم تحقيقاتي کل زنجيره فرآيند ترموشيمي را در شرايط واقعي نشان ميدهد. اين پالايشگاه کوچک خورشيدي بر روي سقف ساختمان آزمايشگاه ETH واقع شده است. اين پالايشگاه حدود يک دهم ليتر سوخت در روز توليد ميکند. در حال حاضر استاينفلد و گروهش در حال انجام آزمايشات گسترده روي رآکتور خورشيدي خود در يک برج خورشيدي در نزديکي مادريد اسپانيا هستند. "فيليپ فورلر" از اعضاي گروه استاينفلد گفت: يک پالايشگاه خورشيدي با مساحت يک کيلومتر مربع ميتواند روزانه ۲۰ هزار ليتر نفت سفيد توليد کند. وي افزود: به لحاظ نظري، يک پالايشگاه به اندازه کشور سوئيس يا يک سوم کوير موهاوي کاليفرنيا ميتواند نيازهاي نفتي کل صنعت هوايي را برطرف کند. هدف ما براي آينده اين است که به طور مؤثر سوختهاي پايدار را با فناوري خود توليد کنيم و به اين ترتيب انتشار گاز CO2 و آلايندگي جهاني را کاهش دهيم. نفت سفيد، نفت چراغ يا کروزن(Kerosene) که در زبان محاوره نفت ناميده ميشود، يکي از ترکيبات نفتي و مواد سوختي است. نفت سفيد در گذشته کاربرد گستردهاي در بخش خانگي به عنوان سوخت وسايل گرمايشي و پختوپز داشت که امروزه در بسياري از نقاط با گاز شهري و گاز مايع جايگزين شده است. زنجيره فرآيند سيستم جديد شامل سه فرآيند تبديل ترموشيمي است: استخراج CO2 و آب از هوا، تجزيه خورشيدي-ترموشيميايي CO2 و ميعان آن به هيدروکربنها. اين تيم تحقيقاتي در يک بيانيه توضيح داد: کربن دياکسيد و آب از طريق يک فرآيند جذب و دفع به طور مستقيم از محيط استخراج ميشوند و سپس هر دو به راکتور خورشيدي تحت تمرکز يک بازتابنده سهميوار تغذيه ميشوند. قدرت اشعه خورشيد با اين بازتابنده ۳۰۰۰ برابر ميشود و در اين راکتور خورشيدي دماي ۱۵۰۰ درجه سانتيگرادي توليد ميکند. در قلب اين رآکتور خورشيدي يک ساختار سراميکي ساخته شده از سريوم اکسيد است که امکان واکنش دو مرحلهاي چرخه اکسايش-کاهش(redox cycle) را براي تجزيه آب و CO2 به "گاز سنتز"(syngas) فراهم ميکند. اين ترکيب هيدروژن و سپس کربن مونوکسيد ميتواند از طريق متانول يا فرآيند فيشر-تروپش به سوخت مايع هيدروکربني تبديل شود. اکسايش و کاهش نام کلي واکنشهاي شيميايي است که مايه تغيير عدد اکسايش اتمها ميشوند. اين فرآيند ميتواند دربرگيرنده واکنشهاي سادهاي همچون اکسايش کربن و تبديل آن به کربن دياکسيد و کاهش کربن و تبديل آن به متان يا واکنشهاي پيچيدهاي چون اکسايش قند در بدن انسان طي واکنشهاي چند مرحلهاي باشد. با کمي اغماض علمي ميتوان اين فرايند را انتقال يک يا چند الکترون از يک اتم، مولکول يا يون به يک اتم، مولکول يا يون ديگر دانست. در هر واکنش اکسايش و کاهش اتم يا مولکولي الکترون از دست ميدهد(اکسايش) و اتم يا مولکولي ديگر الکترون جذب ميکند(کاهش) مييابد. در چنين واکنشي مولکول دهنده اتم اکسيده شده و مولکول گيرنده کاهيده ميشود. در واقع تعريف ابتدايي اکسايش واکنش يک ماده با اکسيژن و ترکيب شدن با آن بوده است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسايش دقيقتر تعريف شد و کليه واکنشهايي که طي آن مادهاي الکترون از دست ميدهد اکسايش ناميده شدند. اتم اکسيژن ميتواند در چنين واکنشي شرکت داشته يا نداشته باشد. در اثر اکسايش عدد اکسايش معمولي يک اتم يا اتمهاي يک مولکول در پي حذف الکترونها افزايش مييابد. براي نمونه آهن(II) ميتواند به آهن(III) اکسيد شود. گاز سنتز گونهاي سوخت گازي است که ترکيبي از هيدروژن، کربن مونوکسيد و کربن دياکسيد است. از گاز سنتز ميتوان به عنوان منبع هيدروژن براي توليد آمونياک، متانول و هيدروژن دهي در عمليات پالايش و حتي به عنوان سوخت و نيز روانساز در فرايند فيشر–تروپش استفاده کرد. گاز سنتز از گاز طبيعي، نفتا، زيستتوده و زغال سنگ به دست ميآيد. فرايند فيشر–تروپش (Fischer–Tropsch process) يا سنتز فيشر–تروپش مجموعهاي از واکنشهاي شيميايي است که طي آن گاز کربن مونواکسيد در واکنش با گاز هيدروژن مجموعهاي از هيدروکربنها را ايجاد ميکند. اين روش در توليد سوختهاي مصنوعي از مواد طبيعي چون زغال سنگ و گاز طبيعي و مواد روانکننده کاربرد دارد. اين فرايند بهطور مشترک توسط فرانس فيشر و هانس تروپش در سال ۱۹۲۳ و در آلمان کشف شد. نفت سفيد يکي از ترکيبات نفتي و مواد سوختي است. نفت سفيد در گذشته کاربرد گستردهاي در بخش خانگي به عنوان سوخت وسايل گرمايشي و پختوپز داشت که امروزه در بسياري از نقاط با گاز شهري و گاز مايع جايگزين شده است. قديميترين متني که روش استحصال نفت سفيد از نفت خام را توضيح داده، نوشته محمد زکرياي رازي دانشمند ايراني است. وي که بيشتر عمرش را در بغداد به عنوان شيميدان و پزشک ميگذراند در کتاب الاسرار دو روش را براي توليد نفت سفيد توضيح داده آست. نفت سفيد در آن زمان در چراغهاي نفتي معروف به «نفاطه» براي توليد گرما و روشنايي استفاده ميشد. در جنوب شرقي آسيا، بريتانيا و آفريقاي جنوبي به اين ماده پارافين گفته ميشود. نفت چراغ، هيدروکربني قابل اشتعال به صورت مايع است. واژه کروزن که در انگليسي به جاي نفت چراغ به کار ميرود، از واژه يوناني کروس به معناي موم گرفته شده و براي نخستين بار به عنوان يک نشان بازرگاني توسط آبراهام گنسر به کار رفته است. نفت چراغ بيشتر به عنوان سوخت هواپيماهاي داراي موتور جت (سوخت جت) و برخي راکتها به کار ميرود اما در مواردي به عنوان سوخت گرمايشي و آتشبازيها نيز از آن استفاده ميشود. در بخشهايي از آسيا که نفت چراغ جزو يارانههاي دولتي است، آن را به عنوان سوخت موتور قايقهاي کوچک ماهيگيري نيز به کار ميبرند. با توجه به کمتر بودن جرم حجمي نفت سفيد نسبت به آب، از آن در فرآيند استخراج مواد معدني مانند مس که به عنوان حلال آلي مس را از فاز آبي اوليه جدا ميکند، سديم، پتاسيم و روبيديم نيز استفاده ميشود