تبدیل دی اکسید کربن به الکتروبیودیزل با کارایی ۴۵ برابری 

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از IE، خودرو‌های دیزلی با تولید بسیار زیاد کربن، سفر به سمت کربن زدایی را به جاده‌ای دشوار تبدیل می‌کنند. بر اساس داده‌های اداره اطلاعات انرژی آمریکا، در سال ۲۰۲۲، سوخت دیزل تقریبا ۲۵ درصد از کل انتشار دی اکسید کربن ناشی از حمل و نقل در این کشور و حدود ۱۰ درصد از انتشار کلی دی اکسید کربن مربوط به انرژی را به خود اختصاص داده است.

برای پرداختن به این موضوع، «جاشوا یوان» «Joshua Yuan» از دانشکده مهندسی انرژی، محیط زیست و شیمی دانشگاه واشنگتن، همراه با «سوزی دای» «Susie Dai» استاد مهندسی شیمی و مهندسی زیست پزشکی در دانشگاه میسوری، روشی را با استفاده از الکتروکاتالیز برای تبدیل دی اکسید کربن به الکترو بیودیزل ابداع کرده اند.

این فرآیند جدید با کارآمدی ۴۵ برابری، به ۴۵ برابر زمین کمتری نسبت به تولید بیودیزل سنتی برپایه سویا نیاز دارد.

الکترو - بیودیزل 

یوان که به همراه دای این پژوهش‌ها را از سال ۱۹۹۸ در دانشگاه تگزاس آغاز کرده است، می‌گوید: «این ایده جدید را می‌توان در اقتصاد دایره‌ای به کار برد تا سوخت، مواد شیمیایی، مواد و مواد غذایی با بازدهی بسیار بالاتر از فتوسنتز و با انتشار کربن کمتر از پتروشیمی تولید کند. 

وی افزود: «ما به طور نظام‌مند با شناسایی محدودیت‌های متابولیکی و بیوشیمیایی استفاده از کربن دو اتمی به چالش‌های موجود در تولید زیست الکتریکی پرداخته و بر این محدودیت‌ها غلبه کرده ایم.»

این پژوهشگران از الکتروکاتالیز - یک واکنش شیمیایی که با انتقال الکترون به و از واکنش دهنده‌ها بر روی سطوح کاتالیزور‌ها آغاز می‌شود - برای تبدیل دی اکسید کربن به واسطه‌های زیست سازگار، مانند استات و اتانول، استفاده کردند. 

یوان اظهار داشت سپس میکروب‌ها مواد واسطه را به لیپید‌ها یا اسید‌های چرب تبدیل کرده و در نهایت به مواد اولیه بیودیزل تبدیل شدند. 

فرآیند میکروبی و کاتالیزوری جدید که توسط یوان، دای و همکارانشان ابداع شده، به الکتروبیودیزل آنها اجازه داد تا بازده خورشیدی به مولکول را برای تبدیل دی اکسید کربن به لیپید به ۴.۵ درصد برسانند، که بسیار کارآمدتر از بیودیزل است. 

یوان بیان داشت فتوسنتز طبیعی در گیاهان زمینی معمولا کمتر از یک درصد است، یعنی کمتر از یک درصد از انرژی نور خورشید با تبدیل CO۲ به مولکول‌های متنوع برای رشد گیاه به زیست توده تبدیل می‌شود.

تبدیل دی اکسید کربن به سوخت 

وی افزود: «میزان انرژی منحرف شده به پیش ساز بیودیزل یا همان لیپید، حتی کمتر است، زیرا لیپید دارای شدت انرژی بالایی است.»

برعکس، در فرآیند الکتروبیودیزل که یک پنل خورشیدی برق الکتروکاتالیزور را تامین می‌کند، می‌تواند ۴.۵ درصد از انرژی خورشیدی را به لیپید تبدیل کند که بسیار بالاتر از فرآیند فتوسنتزی طبیعی است.

این دانشمندان برای تحریک الکتروکاتالیز، یک کاتالیزور جدید مبتنی بر روی و مس طراحی کرد که واسطه‌های کربن دو اتمی را تولید می‌کند که می‌توانند با سویه مهندسی شده باکتری «Rhodococcus jostiii» (RHA۱) که به تولید محتوای چربی بالا معروف است، به لیپید تبدیل شوند. این سویه همچنین قابلیت متابولیک اتانول را افزایش داد که می‌تواند در تبدیل استات به اسید چرب کمک کند.

این محققان پس از توسعه فرآیند جدید، تاثیر آن را بر تغییرات اقلیم بررسی کرده و به نتایج امیدوار کننده‌ای دست یافتند.

با استفاده از منابع تجدیدپذیر برای الکتروکاتالیز، فرآیند الکتروبیودیزل می‌تواند به ازای هر گرم الکترو بیودیزل تولید شده با محصولات جانبی زیست توده، اتیلن و غیره، ۱.۵۷ گرم تولید دی اکسید کربن را کاهش دهد و موجب انتشار منفی این گاز گلخانه‌ای شود.

در مقابل، تولید گازوئیل معمولی از نفت، ۰.۵۲ گرم دی اکسید کربن در هر گرم و روش‌های تولید بیودیزل ۲.۵ گرم تا ۹.۹ گرم دی اکسید کربن در هر گرم لیپید تولید می‌کند.

یوان تاکید کرد: «این تحقیق مفهوم یک سکوی گسترده برای تبدیل بسیار کارآمد انرژی تجدیدپذیر به مواد شیمیایی، سوخت و مواد به منظور پرداختن به محدودیت‌های اساسی تمدن بشری را اثبات می‌کند.»

مجریان این طرح باور دارند این فرآیند می‌تواند کمبود خوراک بیودیزل را کاهش دهد و با دستیابی به استقلال از سوخت‌های فسیلی در بخش‌هایی که به این سوخت‌ها وابسته هستند مانند خودرو‌های سنگین دوربرد و هواپیماها، تولید سوخت‌های تجدیدپذیر، شیمیایی و مواد را تغییر دهد.