تبدیل زباله‌های پلاستیکی به سوخت جت با هزینه اندک

به گزارش انرژی و نیرو، وبگاه تِک‌اِکسپلور در گزارشی آورده است:

هوانوردی یکی از صنایع مؤثر در انتشار گاز‌های گلخانه‌ای و گرمایش زمین است. یکی از راهکار‌های کاهش این اثرات، جایگزینی سوخت جت معمولی با نوعی سوخت پایدارتر است که از زباله‌های پلاستیکی ساخته می‌شود؛ این پسماند‌ها خود نیز منبع بزرگی از آلودگی در زمین به‌شمار می‌روند.

پژوهشگران دانشگاه جنگلداری نانجینگ، دانشگاه چینگ‌هوا (Tsinghua University) و چند مؤسسه دیگر در چین، برای نخستین‌بار موفق شده‌اند پلاستیک‌های زباله را به طور مؤثری به سوخت جت تبدیل کنند.

روش این گروه که در نشریه معتبر نیچِر اِنِرجی/ Nature Energy منتشر شده، شامل تجزیه پلاستیک در دمای بالا و در مجاورت هیدروژن (نوعی گاز بسیار سبک و اشتعال‌پذیر) است. برای این کار، آنها از یک کاتالیزور (ماده‌ای که واکنش شیمیایی را سرعت می‌بخشد) تازه‌طراحی‌شده استفاده کرده‌اند.

کاتالیزوری که مسیر را تغییر داد

پروفسور یادونگ لی (Yadong Li) و پروفسور دینگ‌شنگ وانگ (Dingsheng Wang)، از نویسندگان ارشد این پژوهش، در گفت‌و‌گو با تک‌اکسپلور توضیح دادند: سال‌هاست روی فرآیند شکستن پلاستیک با هیدروژن کار می‌کنیم. مشکل اصلی، کنترل محصولات نهایی بود؛ روش‌های متداول ترکیب نامنظم و پیش‌بینی‌ناپذیر از مواد مختلف تولید می‌کردند. می‌خواستیم ببینیم آیا طراحی کاتالیزور در مقیاس اتمی می‌تواند این مشکل را حل کند یا نه.

پژوهشگران پیش از این نیز روی تبدیل پلی‌استایرن (نوعی پلاستیک رایج و آلاینده) به مواد شیمیایی باارزش کار کرده بودند. در آزمایش‌های خود متوجه شدند که اگر اتم‌های فلز روتنیوم (Ruthenium) را به شکلی جدا از هم روی یک بستر جامد از جنس اکسید فلز (شبیه به سرامیک) قرار دهند، رفتار شیمیایی متفاوت و بسیار گزینش‌پذیری از خود نشان می‌دهد.

پروفسور لی و وانگ افزودند: پس از آزمایش کاتالیزور‌های مختلف، دریافتیم که اتم‌های جداشده روتنیوم روی اکسید کبالت‌آلومینیوم می‌توانند ماده استایرن را در فشاری نزدیک به فشار جَو (بدون نیاز به فشار بالا) به ماده‌ای به نام اتیل‌سیکلوهگزان تبدیل کنند. نکته شگفت‌انگیز این بود که این فرآیند دنباله‌دار، سوختی تولید کرد که هم از نظر ویژگی‌های شیمیایی و هم از نظر اقتصادی، بسیار جذاب است.

دستگاهی برای تولید سوخت از پلاستیک

پژوهشگران برای عملی‌کردن این روش، کاتالیزور جدید را درون دستگاهی به نام راکتور جریان پیستونی دنباله‌ای (tandem plug-flow reactor) قرار دادند. این دستگاه از دو یا چند راکتور به هم متصل تشکیل شده است.

توضیح فرآیند به زبان ساده:

۱. پلاستیک خردشده ابتدا وارد راکتور اول می‌شود و در دمای ۴۶۰ درجه سانتی‌گراد و در حضور هیدروژن تجزیه می‌شود؛

۲. بخار‌های حاصل از این مرحله به راکتور دوم می‌روند و در دمای ۱۶۰ درجه سانتی‌گراد با کاتالیزور روتنیوم تماس پیدا می‌کنند؛

۳. در این مرحله، بخار‌ها به یک سوخت جت متراکم و غنی از مولکول‌های سیکلوآلکان (حلقه‌های کربنی) تبدیل می‌شوند.

به گفته پژوهشگران، این کاتالیزور در مرحله کلیدی هیدروژن‌گیری، بیش از صد برابر مؤثرتر از کاتالیزور‌های تجاری متداول عمل می‌کند.

اقتصادی و مقیاس‌پذیر

یکی از مهم‌ترین دستاورد‌های این روش، هزینه پایین آن است. تحلیل اقتصادی این فرآیند نشان می‌دهد که حداقل قیمت فروش رقابتی این سوخت، تنها ۱ تا ۱.۸ دلار (یک تا یک دلار و ۸۰ سنت) به ازای هر کیلوگرم خواهد بود که آن را از نظر تجاری بسیار جذاب می‌کند. همچنین این فرآیند بر خلاف روش‌های متداول که به فشار بالا و راکتور‌های دسته‌ای (ظروف بسته و غیرپیوسته) نیاز دارند، در فشار نزدیک به جَو قابل انجام است و به‌راحتی می‌توان آن را در مقیاس بزرگ‌تر اجرا کرد.

گام بعدی پژوهشگران

پروفسور لی و وانگ در پایان اعلام کردند که این روش دیگر تنها یک راهکار آزمایشگاهی نیست، بلکه یک فرصت اقتصادی واقعی است. آنها اکنون قصد دارند:

کارآیی کاتالیزور را در مقیاس کیلوگرمی و بالاتر حفظ کنند.

سامانه‌ای برای تغذیه پیوسته پلاستیک جامد به دستگاه طراحی کنند تا فرآیند صنعتی‌تر شود.

و در نهایت، این مسیر را برای تولید سوخت پایدار هوانوردی بهینه‌سازی نمایند.

جمع‌بندی

این پژوهش نشان می‌دهد که می‌توان هم‌زمان با کاهش آلودگی پلاستیک، سوخت ارزان‌قیمت و کم‌آلاینده‌تری برای هواپیما‌ها تولید کرد. اگر این فناوری به تولید انبوه برسد، می‌تواند تحولی بزرگ در دو بحران جهانی زباله‌های پلاستیکی و انتشار کربن صنعت هوانوردی ایجاد کند.

منبع: خبرگزاری ایرنا