«دستگاهی که آلودگی را به انرژی تبدیل می‌کند!»

🔬 سه دستاورد نوآورانه از دانشگاه کمبریج

دانشگاه کمبریج در چند سال اخیر، مجموعه‌ای از فناوری‌های نوین و نویدبخش در زمینه انرژی پاک توسعه داده که هدف مشترک آن‌ها، کاهش آلودگی محیط‌زیست و تولید سوخت‌های پایدار از منابع آلاینده‌ است. در ادامه، سه پروژه‌ی کلیدی معرفی شده از سوی این دانشگاه بررسی می‌شود:

1. ☀️ دستگاه خورشیدی جذب دی‌اکسید کربن از هوا

📌 هدف: تبدیل مستقیم CO₂ موجود در هوا به سوخت پاک
📌 روش کار: این سیستم، با استفاده از یک راکتور خورشیدی و فیلترهای جاذب، دی‌اکسید کربن را در شب جذب کرده و در روز با نور خورشید آن را به “سینگاز” تبدیل می‌کند. سینگاز (مخلوطی از CO و H₂) می‌تواند به متانول یا سوخت‌های مایع دیگر تبدیل شود.
📌 ویژگی منحصربه‌فرد: این دستگاه نیازی به برق ندارد و تنها با نور خورشید کار می‌کند.

2. 🔋 دستگاه بی‌سیم تولید سوخت از نور خورشید، CO₂ و آب

📌 هدف: شبیه‌سازی فتوسنتز طبیعی برای تولید سوخت
📌 روش کار: این دستگاه بدون استفاده از هیچ‌گونه سیم یا باتری، آب و دی‌اکسید کربن را با نور خورشید به مواد شیمیایی مفید (مانند فرمیک اسید یا گاز هیدروژن) تبدیل می‌کند.
📌 مزیت کلیدی: طراحی سبک و بی‌نیاز از زیرساخت الکتریکی، مناسب برای مناطق دورافتاده یا کشورهای در حال توسعه.
📌 شباهت به طبیعت: این فناوری اساساً فتوسنتز مصنوعی است که الهام‌گرفته از فرآیندهای گیاهان است.

3. 🧪 سیستم خورشیدی بازیافت پلاستیک و CO₂ به سوخت پایدار

📌 هدف: تبدیل زباله‌های پلاستیکی و گازهای گلخانه‌ای به سوخت
📌 روش کار: این سیستم، با استفاده از نور خورشید، همزمان زباله‌های پلاستیکی و دی‌اکسید کربن را به سوخت‌های پاک و مواد شیمیایی باارزش تبدیل می‌کند.
📌 مزیت دوتایی: هم کاهش آلودگی پلاستیکی، هم کاهش گازهای گلخانه‌ای
📌 کاربردهای صنعتی: امکان استفاده در بازیافت صنعتی و تولید سوخت زیستی در مقیاس وسیع.

📈 چشم‌انداز آینده

این نوآوری‌ها نه‌تنها گامی بزرگ در مسیر تحقق اهداف توسعه پایدار هستند، بلکه نشان می‌دهند می‌توان آلاینده‌ها را به منابع ارزشمند انرژی تبدیل کرد. در آینده، با توسعه این فناوری‌ها:

• ممکن است سوخت خودروها و هواپیماها از آلودگی هوا تولید شود.

• کارخانه‌ها، به‌جای تولید گاز گلخانه‌ای، از آن برای تولید انرژی استفاده کنند.

• بازیافت پلاستیک از یک مشکل زیست‌محیطی، به یک فرصت صنعتی تبدیل گردد.

محققان دانشگاه کمبریج می‌گویند که رآکتور خورشیدی آنها می‌تواند برای تولید سوختی استفاده شود که خودروها و هواپیماها را به حرکت درآورد یا برای تولید بسیاری از مواد شیمیایی و داروها که به آنها وابسته‌ایم، به کار رود. این رآکتور همچنین می‌تواند برای تولید سوخت در مناطق دورافتاده یا خارج از شبکه برق نیز استفاده شود.

برخلاف بسیاری از فناوری‌های جذب کربن، رآکتور توسعه‌یافته توسط محققان کمبریج به انرژی مبتنی بر سوخت‌های فسیلی یا حمل و ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن نیاز ندارد، بلکه CO2 موجود در جو را با استفاده از نور خورشید به چیزی مفید تبدیل می‌کند. نتایج این تحقیق در مجله Nature Energy منتشر شده است.

جلوگیری از انتشار کربن و ذخیره‌سازی آن (CCS) به عنوان یکی از راه‌حل‌های ممکن برای بحران اقلیمی مطرح شده است و اخیراً ۲۲ میلیارد پوند از طرف دولت بریتانیا برای آن تأمین اعتبار شده است. با این حال، CCS انرژی‌بر است و نگرانی‌هایی در مورد ایمنی بلندمدت ذخیره‌سازی CO2 تحت فشار در عمق زمین وجود دارد، هرچند مطالعات ایمنی در حال انجام است.

“علاوه بر هزینه و مصرف انرژی بالا، CCS بهانه‌ای فراهم می‌کند که به سوزاندن سوخت‌های فسیلی ادامه دهیم، که در اصل همین امر باعث بحران اقلیمی شده است”، گفت پروفسور اروین رایزنر که این تحقیق را رهبری کرده است. “CCS همچنین یک فرآیند غیرچرخشی است، زیرا CO2 تحت فشار بهترین حالت، به طور نامحدود در زیرزمین ذخیره می‌شود، جایی که برای هیچ‌کس مفید نیست.”

“چه می‌شد اگر به جای پمپ کردن دی‌اکسید کربن به زیرزمین، چیزی مفید از آن بسازیم؟” گفت دکتر سایان کار، نویسنده اول این مقاله از گروه شیمی دانشگاه کمبریج. “CO2 یک گاز گلخانه‌ای مضر است، اما می‌توان آن را به مواد شیمیایی مفید تبدیل کرد بدون اینکه به گرمایش جهانی کمک کند.”

تمرکز گروه تحقیقاتی رایزنر بر توسعه دستگاه‌هایی است که ضایعات، آب و هوا را به سوخت‌ها و مواد شیمیایی عملی تبدیل می‌کنند. این دستگاه‌ها از فرآیند فتوسنتز الهام گرفته‌اند: فرآیندی که در آن گیاهان نور خورشید را به غذا تبدیل می‌کنند. این دستگاه‌ها از هیچ منبع انرژی خارجی استفاده نمی‌کنند: بدون کابل، بدون باتری – تنها چیزی که به آن نیاز دارند، قدرت خورشید است.

جدیدترین سیستم تیم این است که CO2 را مستقیماً از هوا جذب کرده و آن را به سینگاز تبدیل می‌کند: یک ماده واسط کلیدی در تولید بسیاری از مواد شیمیایی و داروها. محققان می‌گویند رویکرد آنها، که نیازی به حمل و نقل یا ذخیره‌سازی ندارد، به مراتب آسان‌تر از دستگاه‌های خورشیدی قبلی قابل گسترش است.

این دستگاه، یک رآکتور جریانی خورشیدی، از فیلترهای تخصصی برای جذب CO2 از هوا در طول شب استفاده می‌کند، مثل اینکه یک اسفنج آب را جذب می‌کند. وقتی خورشید طلوع می‌کند، نور خورشید CO2 جذب‌شده را گرم می‌کند، تابش مادون قرمز را جذب می‌کند و یک پودر نیمه‌رسانا تابش ماوراء بنفش را جذب می‌کند تا واکنش شیمیایی شروع شود که CO2 جذب‌شده را به سینگاز خورشیدی تبدیل می‌کند. آینه‌ای روی رآکتور نور خورشید را متمرکز می‌کند و این فرآیند را کارآمدتر می‌سازد.

محققان در حال حاضر بر تبدیل سینگاز خورشیدی به سوخت‌های مایع کار می‌کنند که می‌تواند برای تأمین انرژی خودروها، هواپیماها و بیشتر استفاده شود – بدون افزودن CO2 اضافی به جو.

“اگر این دستگاه‌ها را در مقیاس بزرگ تولید کنیم، می‌توانند همزمان دو مشکل را حل کنند: حذف CO2 از جو و ایجاد جایگزینی پاک برای سوخت‌های فسیلی”، گفت کار. “CO2 به عنوان یک محصول زائد مضر دیده می‌شود، اما همچنین فرصتی است.”

محققان می‌گویند که فرصتی ویژه در بخش شیمیایی و داروسازی وجود دارد، جایی که سینگاز می‌تواند به بسیاری از محصولاتی که روزانه به آنها متکی هستیم تبدیل شود، بدون اینکه به تغییرات اقلیمی کمک کند. آنها نسخه بزرگ‌تری از رآکتور را می‌سازند و امیدوارند آزمایش‌ها را در بهار آغاز کنند.

اگر در مقیاس بزرگ گسترش یابد، محققان می‌گویند که رآکتور آنها می‌تواند به صورت غیرمتمرکز استفاده شود، به طوری که افراد به طور نظری می‌توانند سوخت خود را تولید کنند، که در مناطق دورافتاده یا خارج از شبکه برق مفید خواهد بود.

“به جای ادامه دادن به کند و سوزاندن سوخت‌های فسیلی برای تولید محصولاتی که به آنها وابسته شده‌ایم، می‌توانیم تمام CO2 مورد نیاز خود را مستقیماً از هوا بگیریم و آن را دوباره استفاده کنیم”، گفت رایزنر. “می‌توانیم یک اقتصاد چرخشی و پایدار بسازیم – اگر اراده سیاسی برای انجام آن وجود داشته باشد.”

این فناوری با حمایت Cambridge Enterprise ، بازوی تجاری‌سازی دانشگاه، به مرحله تجاری‌سازی رسیده است. این تحقیق بخشی از حمایت‌های UK Research and Innovation (UKRI)، شورای تحقیقات اروپا، آکادمی سلطنتی مهندسی و صندوق اعتماد کمبریج بوده است. اروین رایزنر عضو کالج سن جان، کمبریج است.