به نقل از «آنا»

آزاد کردن قدرت خاک رس: آیا برای جذب دی اکسید کربن از هوا کلیدی است؟

تاریخ انتشار: ۱۰ اسفند ۱۴۰۱ | کد خبر: ۳۷۲۳۶۰۴۹

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، دانشمندان در آزمایشگاه ملی ساندیا، خاک رس را برای ربودن دی اکسید کربن به طور مستقیم از هوا مطالعه می‌کنند.

اگرچه سطح اتمسفر دی اکسید کربن - گازی که در به دام انداختن گرما و تغییرات آب و هوایی عالی است - تقریباً دو برابر قبل از انقلاب صنعتی است، اما تنها ۰.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

۰۴۱۵ ٪ از هوایی که ما تنفس می‌کنیم را تشکیل می‌دهد.

این یک چالش برای محققانی است که در تلاش برای طراحی درختان مصنوعی یا سایر روش‌های جذب دی اکسید کربن به طور مستقیم از هوا هستند. این چالش، چالشی است که تیمی از دانشمندان تحت رهبری آزمایشگاه ملی ساندیا در تلاش برای حل آن هستند.

این تیم به سرپرستی مهندس شیمی ساندیا، توان هو، از مدل‌های کامپیوتری قدرتمند همراه با آزمایش‌های آزمایشگاهی برای مطالعه این که چگونه نوعی خاک رس می‌تواند دی اکسید کربن را جذب کرده و آن را ذخیره کند، استفاده کرده است.

این یافته‌های اساسی پتانسیلی برای گرفتن مستقیم هوایی دارند. هو، نویسنده اصلی مقاله، گفت: این همان چیزی است که ما برای آن کار می‌کنیم. خاک رس واقعاً ارزان و در طبیعت فراوان است. این باید به ما امکان دهد که هزینه جذب کربن مستقیم هوا را به میزان قابل توجهی کاهش دهیم، اگر این پروژه پر خطر و با پاداش در نهایت منجر به یک فناوری شود.

چرا کربن را جذب کنیم؟

جذب و جداسازی کربن فرآیند جذب دی اکسید کربن اضافی از جو زمین و ذخیره آن در اعماق زمین با هدف کاهش اثرات تغییرات آب و هوایی مانند طوفان‌های شدیدتر، افزایش سطح دریا‌ها و افزایش خشکسالی و آتش سوزی‌های جنگلی است. این دی‌اکسید کربن را می‌توان از نیروگاه‌های سوخت فسیلی، یا سایر تأسیسات صنعتی مانند کوره‌های سیمان، یا مستقیماً از هوا که از نظر فناوری چالش‌برانگیزتر است، جذب کرد. جذب و جداسازی کربن به طور گسترده یکی از کم بحث‌برانگیزترین فناوری‌هایی است که برای مداخله در آب و هوا در نظر گرفته می‌شود.

سوزان رمپ، مهندس زیستی ساندیا و دانشمند ارشد در این پروژه، گفت: ما انرژی کم‌هزینه، بدون تخریب محیط زیست را می‌خواهیم. ما می‌توانیم به گونه‌ای زندگی کنیم که دی اکسید کربن زیادی تولید نشود، اما نمی‌توانیم کار‌های همسایگانمان را کنترل کنیم. جذب مستقیم کربن از طریق هوا برای کاهش میزان دی اکسید کربن در هوا و کاهش دی اکسید کربنی که همسایگان ما آزاد می‌کنند مهم است.

هو تصور می‌کند که می‌توان از دستگاه‌های مبتنی بر خاک رس مانند اسفنج برای جذب دی‌اکسید کربن استفاده کرد و سپس دی‌اکسید کربن را می‌توان از اسفنج «فشرده» کرد و به اعماق زمین پمپ کرد. یا خاک رس را می‌توان بیشتر مانند یک فیلتر برای جذب دی اکسید کربن از هوا برای ذخیره سازی استفاده کرد.

خاک رس علاوه بر ارزان بودن و در دسترس بودن، پایدار است و سطح بالایی دارد - از ذرات میکروسکوپی زیادی تشکیل شده است که به نوبه خود دارای شکاف‌ها و شکاف‌هایی در حدود صد هزار بار کوچکتر از قطر موی انسان هستند.

رِمپ گفت که این حفره‌های کوچک نانو منافذ نامیده می‌شوند و خواص شیمیایی می‌توانند در این منافذ در مقیاس نانو تغییر کنند.

این اولین بار نیست که رِمپ مواد نانوساختار را برای جذب دی اکسید کربن مطالعه می‌کند. در واقع، او بخشی از تیمی است که یک کاتالیزور بیولوژیکی برای تبدیل دی اکسید کربن به بی کربنات پایدار در آب مورد مطالعه قرار داد، یک غشای نازک و نانوساختار را برای محافظت از کاتالیزور بیولوژیکی طراحی کرد و یک حق اختراع برای غشای الهام‌گرفته از کربن دریافت کرد.

رمپ گفت که البته، این غشاء از خاک رس ارزان ساخته نشده است و در ابتدا برای کار در نیروگاه‌های سوخت فسیلی یا سایر تاسیسات صنعتی طراحی شده بود.

رِمپ معتقد است این‌ها دو راه حل ممکن مکمل برای یک مشکل هستند.

چگونه مقیاس نانو را شبیه سازی کنیم؟

دینامیک مولکولی نوعی شبیه‌سازی کامپیوتری است که به حرکات و برهم‌کنش‌های اتم‌ها و مولکول‌ها در مقیاس نانو نگاه می‌کند. با مشاهده این فعل و انفعالات، دانشمندان می‌توانند میزان پایداری یک مولکول را در یک محیط خاص - مانند نانو منافذ خاک رس پر از آب، محاسبه کنند.

هو گفت: شبیه سازی مولکولی واقعا ابزار قدرتمندی برای مطالعه برهمکنش‌ها در مقیاس مولکولی است. این به ما اجازه می‌دهد تا به طور کامل بفهمیم که بین دی اکسید کربن، آب و خاک رس چه می‌گذرد و هدف استفاده از این اطلاعات برای مهندسی یک ماده خاک رس برای کاربرد‌های جذب کربن است.

هو گفت در این مورد، شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی انجام‌شده توسط هو نشان داد که دی‌اکسید کربن می‌تواند در نانوحفره‌های رس مرطوب بسیار پایدارتر از آب ساده باشد. این به این دلیل است که اتم‌های آب الکترون‌های خود را به طور یکنواخت به اشتراک نمی‌گذارند و باعث می‌شود یک سر آن کمی بار مثبت و سر دیگر آن کمی بار منفی داشته باشد. از سوی دیگر، اتم‌های موجود در دی‌اکسید کربن الکترون‌های خود را به طور یکنواخت به اشتراک می‌گذارند و مانند روغن مخلوط شده با آب، دی‌اکسید کربن در نزدیکی مولکول‌های مشابه، مانند مناطق سیلیکون-اکسیژن خاک رس پایدارتر است.

هو گفت که همکاران دانشگاه پردو به رهبری پروفسور کلیف جانستون اخیراً از آزمایش‌هایی استفاده کردند تا تأیید کنند که آب محصور در نانوحفره‌های رسی، دی اکسید کربن بیشتری را نسبت به آب ساده جذب می‌کند.

هو گفت که محقق فوق دکترای سندیا، نابانکور داسگوپتا، همچنین دریافت که در داخل مناطق نفت مانند نانوحفره ها، انرژی کمتری برای تبدیل دی اکسید کربن به اسید کربنیک مصرف می‌شود و واکنش را در مقایسه با همان تبدیل در آب ساده مطلوب‌تر می‌کند.

او افزود که با مطلوب کردن این تبدیل و نیاز به انرژی کمتر، در نهایت مناطق نفت مانند نانوحفره‌های خاک رس، جذب دی اکسید کربن بیشتری را امکان‌پذیر می‌کند و آن را راحت‌تر ذخیره می‌کند.

ریمپ گفت: تا کنون، این به ما می‌گوید که خاک رس ماده خوبی برای جذب دی اکسید کربن و تبدیل آن به مولکول دیگر است؛ و ما درک می‌کنیم که چرا این اتفاق می‌افتد، به طوری که افراد سنتز و مهندسان می‌توانند مواد را برای تقویت شیمی سطح روغن مانند تغییر دهند. شبیه‌سازی‌ها همچنین می‌توانند آزمایش‌ها را برای آزمایش فرضیه‌های جدید در مورد چگونگی ارتقای تبدیل دی‌اکسید کربن به مولکول‌های ارزشمند دیگر راهنمایی کنند.

هو گفت که گام‌های بعدی این پروژه استفاده از شبیه‌سازی‌ها و آزمایش‌های دینامیک مولکولی برای کشف چگونگی بازگرداندن دی اکسید کربن از نانوحفره خواهد بود. تا پایان این پروژه سه ساله، آن‌ها قصد دارند یک دستگاه جذب کربن مستقیم هوای مبتنی بر خاک رس را مفهومی کنند.

دانشمندان یافته‌های اولیه خود را در مقاله‌ای که در ۹ فوریه در مجله The Journal of Physical Chemistry Letters منتشر شد به اشتراک گذاشتند.

انتهای پیام/

منبع: آنا

کلیدواژه: خاک رس جذب دی اکسید کربن برای جذب دی اکسید کربن دی اکسید کربن نانوحفره ها شبیه سازی یک مولکول آزمایش ها خاک رس هو گفت

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت ana.press دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «آنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۷۲۳۶۰۴۹ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

دردسرهای افزایش بیش‌ از حد انرژی‌های تجدیدپذیر برای آینده

بهره‌وری انرژی برای آینده‌ای پایدار حیاتی است، با این حال افزایش بیش‌ از حد استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر بدون وجود زیرساخت‌های کارآمد و مدیریت مصرف، جهان را با مشکلات بسیار مواجه می‌کند.

به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، اتلاف انرژی یک مشکل بزرگ است و حدود سه‌چهارم انرژی جهانی به دلیل سیستم‌ها یا زیرساخت‌های ناکارآمد و رفتارهای مصرف نادرست هدر می‌رود. بهره‌وری انرژی اغلب به نفع افزایش ظرفیت انرژی تجدیدپذیر نادیده گرفته می‌شود، حال آن‌که بهبود آن و کاهش اتلاف انرژی می‌تواند انتشار کربن را پایین آورد، در هزینه‌ها صرفه‌جویی کند و بار تولید انرژی سبز را کاهش دهد. از آنجا که دولت‌ها بر توسعه ظرفیت انرژی‌های تجدیدپذیر خود تمرکز می‌کنند، بسیاری از آن‌ها یک عنصر حیاتی برای تقویت امنیت انرژی پاک یعنی مدیریت زباله‌های انرژی را نادیده می‌گیرند.

دردسرهای افزایش اتکا به انرژی‌های تجدیدپذیر

کشورها در سراسر جهان باید سیستم‌های موجود خود را اصلاح کنند تا اطمینان حاصل شود که انرژی در حمل‌ونقل و استفاده از بین نمی‌رود و شبکه‌های برق آماده پذیرایی از پروژه‌های انرژی پاک جدید می‌شوند که انتظار می‌رود طی دهه‌های آینده ارائه شوند.

این توسعه نیازمند تمرکز بیشتر بر کاهش اتلاف انرژی به جای افزایش ظرفیت انرژی تجدیدپذیر است، زیرا جایگزینی انرژی‌های فسیلی با انرژی‌های تجدیدپذیر بدون توجه به کارآمدی و کاهش مصرف در عمل بی‌فایده خواهد بود. یکی از موارد مشکل‌ساز در این زمینه برای اروپا، عرضه بیش از حد پنل‌های خورشیدی از چین به‌دنبال افزایش اهداف ظرفیت انرژی خورشیدی خود توسط دولت‌ها است.

چین در تولید مقادیر زیادی پنل با هزینه کم بسیار موفق بوده است. این امر به تولید بسیار کمتر پنل‌های خورشیدی در مناطق گران‌تر مانند اروپا و اتکای بیشتر به چین برای تهیه پنل‌های خورشیدی در سراسر جهان منجر شده و رقابت تولیدکنندگان داخلی را با مشکل مواجه کرده است. به این ترتیب دولت‌ها به فکر وضع تعرفه‌هایی بر صادرات انرژی‌های تجدیدپذیر چین هستند که به زودی به ایالات متحده نیز راه پیدا خواهد کرد.

انتظار می‌رود چین مقادیر زیادی پنل‌های خورشیدی را به کشورهای سراسر جهان بفروشد و به آن‌ها امکان توسعه پروژه‌های انرژی خورشیدی کم‌هزینه را بدهد. این امر نشان‌دهنده پیشرفت چشمگیر در فناوری انرژی خورشیدی است، با این حال می‌تواند منجر به اتکای بیش از حد به افزایش ظرفیت به جای بهبود کارایی در تمام منابع انرژی و کاهش مصرف انرژی شود.

بهره‌وری انرژی از لحاظ تاریخی بیشترین سهم را در کاهش گازهای گلخانه‌ای به ارمغان آورده است. معرفی مجدد آن برای عصر انرژی‌های تجدیدپذیر و دستیابی به اهداف کربن‌صفر خالص تا سال ۲۰۵۰، بشر را قادر می‌سازد تا به این روند ادامه دهد.

برخورداری از شانس مبارزه با تغییرات آب‌وهوایی و پای‌بندی به توافق‌نامه پاریس در سال ۲۰۱۵ برای رسیدن به هدف کربن‌صفر خالص و حفظ گرمایش جهانی به زیر ۱.۵ درجه سانتی‌گراد، نیازمند بهره‌وری انرژی است. بهره‌وری انرژی می‌تواند یک‌سوم صرفه‌جویی کربن مورد نیاز را تا رسیدن به کربن‌صفر خالص تأمین کند و با برق‌رسانی هرچه بیشتر سیستم انرژی خود، ایجاد انعطاف‌پذیری در عرضه، تقاضا و ذخیره‌سازی انرژی و استفاده مجدد از گرمای اتلاف‌شده، کارایی انرژی را افزایش می‌دهد.

بهره‌وری انرژی در اروپا

مهندسی سیستم انرژی آینده نشان می‌دهد که اتحادیه اروپا و بریتانیا ممکن است بتوانند با به حداکثر رساندن پتانسیل تقاضا، هزینه‌های اجتماعی سالانه ۱۱.۲ میلیارد دلاری را تا سال ۲۰۳۰ و ۱۶.۶ میلیارد دلاری را تا سال ۲۰۵۰ کاهش دهند. این انعطاف‌پذیری به این مناطق کمک می‌کند تا انتشار گاز کربن‌دی‌اکسید خود را تا حدود ۴۰ میلیون تن کاهش دهند و تولید برق از گاز طبیعی را به میزان ۱۰۶ تراوات ساعت یا حدود یک‌پنجم مصرف گاز طبیعی اتحادیه اروپا برای تولید برق نسبت به سال ۲۰۲۲ کاهش دهد. انتقال از سوخت‌های فسیلی به یک سیستم کاملاً الکتریکی می‌تواند تا ۴۰ درصد از مصرف انرژی نهایی را کاهش دهد.

بهره‌وری انرژی در فناوری‌های نوظهور

اطمینان از بهره‌وری انرژی در فناوری‌های نوظهور نیز بسیار مهم است. بازار هیدروژن با سرعتی بالا در حال رشد است، زیرا دولت‌ها و شرکت‌ها در سراسر جهان به دنبال جایگزین‌های سوخت پاک‌تر برای نیرو دادن به صنایعی مانند تولید و هوانوردی هستند. تبدیل انرژی تجدیدپذیر به هیدروژن از طریق الکترولیز به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارد که بسیاری معتقدند بهتر است به‌طور مستقیم به‌عنوان برق مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین جهان باید فناوری‌های الکترولیز با راندمان بالا را برای بهبود فرآیند تبدیل و تمرکز بر کاهش تقاضا برای هیدروژن توسعه دهد. به این ترتیب یکپارچه‌سازی استراتژیک بخش‌هایی که گرمای اضافی را برای کاهش تقاضای انرژی و افزایش کارایی به کار می‌برند، ممکن و ضروری است.

تا پایان دهه تا ۵۳ درصد از انرژی ورودی جهانی به‌عنوان گرمای اضافی هدر می‌رود، اما این گرما می‌تواند برای تأمین انرژی ماشین‌آلات و همچنین گرمایش ساختمان‌ها و آب استفاده می‌شود.

سیستم‌های انرژی موجود در سطح جهانی بسیار ناکارآمد هستند و تقاضای انرژی در جهان همچنان در حال افزایش است. بنابراین، دولت‌ها در تلاش هستند تا به سرعت منابع انرژی موجود را با انرژی‌های تجدیدپذیر جایگزین کنند تا از تلاش‌های کربن‌زدایی حمایت کنند. در این میان برای کاهش ناکارآمدی‌ها و مهار مصرف غیرضروری انرژی، کار چندانی انجام نمی‌شود. بهبود بهره‌وری انرژی و کاهش استفاده بیش از حد به کاهش انتشار کربن و همچنین کاهش بار دولت‌هایی که به دنبال افزایش تولید انرژی سبز با سرعتی ناپایدار هستند، کمک می‌کند.

کد خبر 748687