16 مه 2024 -توسط مایکل براون، دانشگاه آلبرتا-شماتیک تولید الکتروشیمیایی GA/FA. واحدهای جداسازی میانی (خنثی کننده، کریستالایزر، سانتریفیوژ و خشک کن) نمک های پتاسیم محصولات (C2H3KO3/HCO2K) را قبل از تقطیر جدا کرده و K2SO4 را به عنوان یک محصول جانبی تولید می کنند. اعتبار: Nature Catalysis (2024)
استاد مهندسی شیمی و مواد، عدنان خان، 15 سال گذشته را صرف تمرکز بر تحقیقات خود بر روی توسعه فناوری های پایدار با هدف کربن زدایی سیستم های انرژی ما کرده است. او می گوید: “این مهمترین چالشی است که امروز با آن روبرو هستیم. ما این را مدیون نسل های آینده خود هستیم.”
اما این یک چیز است که بگوییم باید سیستم های انرژی خود را تغییر دهیم، و اینکه چگونه این کار را به شیوه ای مقرون به صرفه و پایدار انجام دهیم، چیز دیگری است.
برای کمک، خان آزمایشگاه انتقال انرژی را با هدف توسعه و تجزیه و تحلیل مواد جدید، فناوری‌ها و مسیرهای انتقال معتبر به سمت انتشار خالص صفر برای کانادا ایجاد کرده است.
خان می‌گوید که مسئله اعتبار برای آزمایشگاه 10 نفره‌اش کلیدی است، که از تجزیه و تحلیل در سطح سیستم استفاده می‌کند تا بررسی کند که آیا فناوری‌ها یا راه‌حل‌های جدید در نهایت به هدف کلی انتقال انرژی کمک می‌کنند یا مانع آن می‌شوند.
او می‌گوید: «قبل از سرمایه‌گذاری پول، انرژی و زمان برای توسعه مواد و فرآیندهای جدید، باید بدانیم که یک کارخانه طراحی‌شده در مقیاس عملی یا صنعتی چگونه کار می‌کند. درک چالش های فرآیند صنعتی دشوار است.
این محاسبه اشتباه فرآیندهای در مقیاس صنعتی، اساس مقاله اخیری است که توسط تیم وی در مجله Nature Catalysis منتشر شده است. این مقاله نشان می دهد که یک فناوری الکتریکی نوظهور خوب که برای کمک به کربن زدایی بخش شیمیایی طراحی شده است – که دو درصد انتشار جهانی را تشکیل می دهد. – در واقع مصرف انرژی و هزینه را افزایش می دهد.
خان می‌گوید: کربن‌زدایی صنعت با استفاده از برق‌رسانی گامی در مسیر درست است، اما فناوری‌هایی که در حال حاضر به دنبال آن هستند می‌تواند منجر به چالش‌های مهمی شود.
این فناوری مبتنی بر سیستم‌های الکتروکاتالیستی قلیایی است که می‌توانند با برق تجدیدپذیر برای تولید مواد شیمیایی تغذیه شوند. این سیستم ها از یک محلول پایه با pH بالا یا قلیاییت بالا برای سرعت بخشیدن به واکنش های شیمیایی که شامل الکتریسیته است استفاده می کنند.
این تیم چالش های توسعه یک فرآیند صنعتی مبتنی بر این فناوری، به ویژه جداسازی محصولات پایین دستی را روشن کرد. برای انجام این کار، آنها فرآیند صنعتی را شبیه سازی کردند و آن را با استفاده از مدل های اقتصادی که در داخل توسعه دادند، تجزیه و تحلیل کردند.
برای این مطالعه، خان به فرآیند تولید اسید گلیکولیک نگاه کرد. اسید گلیکولیک یک ماده شیمیایی با ارزش است که در صنایع آرایشی و بهداشتی و صنعت نظافت خانگی و صنعتی استفاده می شود. گفته می شود که نقش کلیدی در آینده پلاستیک های زیستی ایفا می کند.
نتایج ارائه شده در این مطالعه نشان می دهد که یک مسیر الکتروکاتالیستی قلیایی برای تولید اسید گلیکولیک به استفاده از جداسازی محصول پایین دستی گران قیمت نیاز دارد که منجر به افزایش هزینه های مواد خام و انرژی می شود. در مجموع، قیمت تولید اسید گلیکولیک تولید شده از این طریق به 2.20 تا 2.50 دلار آمریکا برای هر کیلوگرم افزایش می یابد که تا 40 درصد در مقایسه با قیمت فعلی بازار که حدود 1.50 دلار آمریکا به ازای هر کیلوگرم است، افزایش می یابد.
خان نتیجه‌گیری می‌کند که چالش‌های مربوط به شیمی واکنش اسید-باز اغلب در مرحله توسعه کاتالیزور نادیده گرفته می‌شوند که منجر به اتلاف قابل توجه منابع تحقیقاتی می‌شود.
“من می دانم که باید سریع عمل کنیم، زیرا انتشار گازهای گلخانه ای مرتبط با فعالیت های انسانی منجر به تاثیر قابل توجهی بر تغییرات آب و هوا شده است. اما ما باید راه حل های معتبری برای رسیدن به انتشار خالص صفر ایجاد کنیم.”
