استفاده از فتوسنتز مصنوعی جهت تولید اتیلن

یک تیم از دانشمندان دانشگاه ملی سنگاپور دستگاهی را توسعه داده‌اند که مانند فتوسنتز طبیعی، از نور خورشید، آب و دی‌اکسید کربن جهت تولید گاز اتیلن استفاده می‌کند. این روش جدید که فرایند تولید اتیلن در شرایط دمایی اتاق و مواد شیمیایی پایه انجام می‌شود، در صورت توسعه می‌تواند به‌عنوان یک روش پایدار و سازگار با محیط زیست جهت جایگزینی با روش‌های مرسوم و قدیمی مورد استفاده قرار گیرد.

 چالش‌های حال حاضر جهت تولید اتیلن

اتیلن که مونومر و واحد‌های تشکیل‌دهنده پلی‌اتیلن است، در صنایع پلاستیک، لاستیک و فیبر به‌طور گسترده و در مقادیر بسیار زیاد به‌عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود. در سال ۲۰۱۵ بالغ بر ۱۷۰ میلیون تن اتیلن در جهان تولید شده است و انتظار می‌رود که به‌دلیل افزایش تقاضا، این میزان تولید به بیش از ۲۲۰ میلیون تن در سال ۲۰۲۰ برسد.

روش‌های مرسوم صنعتی جهت تولید اتیلن از طریق کراکینگ با بخار آب در دمای بین ۷۵۰ تا ۹۵۰ درجه‌ی سانتی‌گراد روی سوخت‌های فسیلی انجام می‌شود که این فرایندها، به منابع بسیار زیاد انرژی نیاز دارد. در این روش نوین، از هر ۲ تن دی‌اکسید کربنی که در هوا منتشر شده است، می‌توان برای تولید یک تن اتیلن استفاده کرد. در نتیجه‌ی این ابداع، علاوه بر اینکه روشی پاک و بدون آلودگی است، تولید اتیلن بسیار پایدار خواهد بود و نیازی به تامین سوخت فسیلی نیست.

صنعت

استفاده از فتوسنتز مصنوعی

با هدف استفاده از انرژی‌های تجدید‌پذیر در تولید اتیلن، تیم پروفسر Yeo از دانشگاه ملی سنگاپور برای اولین بار در سال ۲۰۱۵، کاتالیزور مس را طراحی کردند که می‌توانست اتیلن را با کمک جریان الکتریکی از آب و دی‌اکسید کربن تولید کند. این کاتالیزور مس، متعاقبا در سیستم فتوسنتز مصنوعی جهت تولید اتیلن از آب و دی‌اکسید کربن با استفاده از انرژی خورشید مورد بهره‌بردای قرار گرفت. نمونه‌ی اولیه این دستگاه، جهت واکنش الکتروشیمیایی به بازده فارادی ۳۰ درصدی جهت تولید اتیلن از طریق نور خورشید دست پیدا کرد؛ که این میزان از بازده انرژی، برای این سیستم تا حدود زیادی مطابق با میزان بازده انرژی است که در فتوسنتز طبیعی در گیاهان اتفاق می‌افتد.

افزایش بسیار زیاد غلظت دی‌اکسید کربن در اتمسفر به این دلیل بوده است که میزان انتشار دی‌اکسید کربن ناشی از فعالیت‌های انسانی بیش از میزانی است که بتواند توسط گیاهان و جنگل‌ها در سرتاسر دنیا به دام بیفتد. این فرایند افزایش نشر دی‌اکسید کربن در هوا، منجر به گرمایش جهانی و تغییرات ناخواسته زیست‌محیطی شده است. در نتیجه‌ی به‌دام انداختن دی‌اکسید کربن یکی از روش‌های کلیدی جهت مقابله با تغییرات آب‌وهوایی ناشی از فعالیت انسانی خواهد بود. این روش ابداع‌شده نه‌تنها به‌طور کامل از انرژی تجدید‌پذیر استفاده می‌کند، حتی در کاهش گازهای گلخانه‌ای و مصرف دی‌اکسید کربن جهت تولید یک ماده دیگر کمک می‌کند.

مقاله‌های مرتبط:

این تیم حتی فراتر از یک فتوسنتز طبیعی گام برداشتند و با اضافه کردن باتری جهت ذخیره انرژی مازاد خورشید در طول روز، فرایند فتوسنتز مصنوعی در شرایطی که نور کم یا کاملا تاریک است، متوقف نخواهد شد. این کار باعث می‌شود که تولید اتیلن کاملا پایدار و بدون توقف بوده و مشکلی در عملکرد سیستم ایجاد نکند. حتی در صورتی که چندین روز تامین انرژی از نور خورشید با مشکل مواجه شود، این باتری‌های جانبی می‌توانند به فعالیت خود ادامه بدهند.

این ابداع می‌تواند نقطه‌ی عطفی باشد که در آینده با کمک فتوسنتز‌های مصنوعی از طریق جذب دی‌اکسید کربن، بتوان انواع ترکییبات آلی مانند پلی‌اتیلن را تولید کرد. پژوهشگران با توسعه چنین سیستمی، می‌خواهند تولید سوخت‌های مایع مانند اتانول و پروپانول را در دستور کار خود قرار دهند.

منبع: زومیت