ما اغلب دی‌اکسید کربن را فقط به عنوان آلاینده‌ای می‌شناسیم که از کارخانه‌ها، خودروها و نیروگاه‌ها تولید می‌شود و یکی از عوامل اصلی تغییرات اقلیمی است. اما چه می‌شود اگر بتوانیم این گاز زائد را به چیزی مفید تبدیل کنیم؟دانشمندان دانشگاه میشیگان به همراه همکارانی از دانشگاه‌های UC Davis و UCLA دقیقاً روی این موضوع کار می‌کنند. تیم تحقیقاتی روشی را توسعه داده است که دی‌اکسید کربن را به اکسالات فلزی تبدیل می‌کند؛ موادی که می‌توانند به عنوان بلوک‌های سازنده در تولید سیمان استفاده شوند.
استفاده مفید از دی‌اکسید کربن
«این تحقیق نشان می‌دهد چگونه می‌توان دی‌اکسید کربن را که همه آن را یک محصول زائد بی‌ارزش می‌دانند، به چیزی با ارزش تبدیل کرد»، این گفته‌ی چارلز مک‌کروری، استاد شیمی و مهندسی ماکرومولکولی است. او می‌گوید: «ما فقط دی‌اکسید کربن را دفن نمی‌کنیم؛ بلکه آن را از منابع مختلف جمع‌آوری و برای کاربردهای مفید بازیافت می‌کنیم.»
این پروژه از مرکز «بستن چرخه کربن» (4C) در آمریکا نشأت گرفته که توسط وزارت انرژی آمریکا حمایت مالی می‌شود. یکی از اهداف این مرکز، یافتن روش‌های عملی برای جذب و استفاده مجدد از دی‌اکسید کربن به جای آزاد کردن آن در هوا است.
سیمانی با رد پای کربنی کمتر و کاهش مقدار سرب به میزان بسیار کم
رایج‌ترین نوع سیمان، سیمان پرتلند، با حرارت دادن سنگ آهک و سایر مواد معدنی ساخته می‌شود که انرژی زیادی مصرف می‌کند و مقدار قابل توجهی دی‌اکسید کربن تولید می‌کند.محققان قصد داشتند این روند را تغییر دهند و از دی‌اکسید کربن برای ساخت موادی استفاده کنند که بتوانند جایگزین اجزای سنتی سیمان شوند.
تمرکز تیم روی اکسالات‌های فلزی بود؛ ترکیبات ساده‌ای از نمک که می‌توانند پیش‌ماده‌های جایگزین در تولید سیمان باشند.دانشمندان پیش‌تر می‌دانستند که سرب می‌تواند به عنوان کاتالیزور برای تبدیل دی‌اکسید کربن به اکسالات‌های فلزی عمل کند، اما مشکل این است که برای موثر بودن، مقدار زیادی سرب لازم است که مخاطرات زیست‌محیطی و بهداشتی جدی دارد.
اینجاست که تیم 4C موفق به پیشرفت شد. آن‌ها با استفاده از پلیمرها محیط شیمیایی اطراف کاتالیزور سرب را کنترل کردند.این کنترل اجازه داد تا میزان سرب لازم به مقدار بسیار کمی برسد، در حد چند قسمت در میلیارد، یعنی مقدار بسیار ناچیزی که مشابه آلودگی‌های معمول در مواد تجاری است.
مک‌کروری توضیح داد: «یون‌های فلزی با اکسالات ترکیب شده و ماده‌ای جامد تشکیل می‌دهند که از محلول جدا می‌شود. این ماده جامد جمع‌آوری شده و می‌تواند در فرآیند تولید سیمان استفاده شود.»با تنظیم محیط میکرو ترکیب شیمیایی اطراف کاتالیزور محققان توانستند کارایی واکنش را بالا ببرند در حالی که فقط از مقدار ناچیزی سرب استفاده کردند.
ساخت سیمان از دی‌اکسید کربن
این فرایند با استفاده از دو الکترود کار می‌کند: یکی دی‌اکسید کربن را به یون‌های اکسالات محلول تبدیل می‌کند و دیگری، ساخته شده از فلز، یون‌هایی آزاد می‌کند که به اکسالات متصل شده و اکسالات‌های فلزی جامد تشکیل می‌دهند. این جامدات جمع‌آوری شده و در تولید سیمان به کار می‌روند.جسوس ولاسکز، یکی از نویسندگان این مطالعه از دانشگاه UC Davis می‌گوید: «اکسالات‌های فلزی مرز ناشناخته‌ای هستند که می‌توانند به عنوان مواد جایگزین سیمانی، پیش‌ماده‌های سنتز و حتی راه‌حل‌هایی برای ذخیره دی‌اکسید کربن عمل کنند.»
همکار دیگر، آناستاسیا الکساندرووا، با مدل‌سازی کامپیوتری علمی بودن این ایده را تایید کرد و گفت: «کاتالیزورها اغلب به طور تصادفی کشف می‌شوند و فرمول‌های صنعتی موفق معمولاً بسیار پیچیده‌اند. این کاتالیزورهای ترکیبی از طریق آزمایش و خطا شناسایی می‌شوند.»او افزود: «در این تحقیق شاهد بودیم که یک آلودگی جزئی سرب به عنوان کاتالیزور عمل می‌کند. باور دارم نمونه‌های زیادی از این دست در کاتالیز صنعتی وجود دارد که هنوز کشف نشده‌اند.»
ذخیره دی‌اکسید کربن در سیمان
زمانی که دی‌اکسید کربن در اکسالات‌های فلزی قفل می‌شود، احتمال بازگشت آن به جو تحت شرایط معمول بسیار کم است. بنابراین این فرایند نه تنها بازیافت دی‌اکسید کربن است بلکه راهی برای ذخیره‌سازی امن آن به حساب می‌آید.مک‌کروری گفت: «این یک فرایند واقعی جذب است چون ماده جامدی تولید می‌کنید، اما همچنین یک فرایند مفید است چون ماده‌ای با ارزش و کاربردی ایجاد می‌کند.»
تیم تحقیقاتی معتقد است این روش می‌تواند در آینده برای استفاده صنعتی گسترش یابد، اگرچه هنوز باید تولید محصول نهایی بهینه شود. کم بودن میزان سرب مورد نیاز گامی مهم برای مسئولیت زیست‌محیطی این فرایند است.مک‌کروری اضافه کرد: «راه طولانی در پیش داریم، اما فکر می‌کنم این یک فرایند قابل گسترش است. یکی از دلایل کاهش میزان کاتالیزور سرب به حد قسمت در میلیارد، چالش‌های گسترش کاتالیزوری با مقادیر زیاد سرب است که از نظر محیط‌زیستی قابل قبول نیست.»
این تحقیق می‌تواند گامی بزرگ در مسیر ساخت مصالح ساختمانی سبز و کاهش اثرات زیست‌محیطی صنعت سیمان باشد و امیدها را برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و مقابله با تغییرات اقلیمی افزایش دهد.
بیشتر بدانیم: گرما جذب کربن را متوقف می‌کند
لینک منبع: earth
نظرات کاربران