جو ونوس محققان را برانگیخت تا فناوری جدیدی برای مقابله با آلودگی هوا ایجاد کنند

27 ژوئن 2022 -آلودگی هوا. منبع: imagedepotpro/iStock

کاهش انتشار کربن از ترافیک جاده ها، راه آهن و کشتیرانی مستلزم اجرای مجموعه ای از راه حل ها به طور همزمان است. تا آنجا که به خودروها مربوط می شود، کاهش تعداد سفرها (با تسهیل پیاده روی و دوچرخه سواری برای مردم و بهبود حمل و نقل عمومی)، تغییر سوخت در وسایل نقلیه و استفاده حداکثری از آن وسایل نقلیه در حال حاضر در جاده ها همگی باید نقش مهمی ایفا کنند. هیچ یک از این راه حل ها به تنهایی کافی نیستند.

در سال 2030، فروش خودروهای سواری دیزلی و بنزینی جدید در بریتانیا غیرقانونی خواهد شد. آینده موتور سواری الکتریکی خواهد بود. اما مشکلات اخیر در تامین قطعات و هزینه کربن بالای تولید خودروهای الکتریکی می تواند مزایای آب و هوایی این انتقال را به تاخیر بیندازد.

برای استفاده بهینه از وسایل نقلیه بنزینی و گازوئیل سوز موجود – و کربنی که برای ایجاد آنها سرمایه گذاری شده است – رانندگان و سازندگان می توانند از طریق درمان بهتر، انتشار خانواده ای از ترکیبات به نام اکسیدهای نیتروژن را که با بیماری های تنفسی مرتبط هستند کاهش دهند. از دود اگزوز به این ترتیب، جوامعی که بیشتر توسط آلودگی هوا آسیب دیده اند، حداقل می توانند قبل از اینکه در نهایت انتشار گازهای گلخانه ای مضر وسایل نقلیه ریشه کن شوند، محافظت شوند.

تیم تحقیقاتی من در حال توسعه نسل جدیدی از مبدل‌های کاتالیزوری هستند – دستگاه‌هایی که برای کاهش انتشار گازهای سمی روی لوله‌های اگزوز نصب می‌شوند. ما با الهام از شیمی مشاهده شده در سطح سیارات بسیار داغ مانند زهره، ماده مصنوعی تولید کرده ایم که می تواند کیفیت هوا را بهبود بخشد.

نور خورشید دی اکسید کربن (CO2) را در جو سیارات از بین می برد و مونوکسید کربن (CO) تولید می کند. به اندازه کافی سریع نیست که از تغییرات آب و هوایی جلوگیری کند، اما به اندازه ای است که جوهایی مانند زهره باید حاوی CO بسیار بیشتر از آنچه در آنجا مشاهده می کنیم داشته باشد.

گروه ما اثرات مواد شهاب سنگ (غبار وارد شده از فضا) را در اتمسفر مطالعه می کند. پودر سیلیکات آهنی که ما ساختیم که این غبار را تکرار می کند، می تواند تبدیل CO به CO2 را سرعت بخشد. این همان کاری است که اولین مبدل‌های کاتالیزوری در اتومبیل‌ها برای انجام آن طراحی شدند، زیرا CO یک گاز سمی است.

این باعث شد به این فکر کنیم که آیا این ماده می‌تواند به مشکلات دیگری مانند آلودگی اکسید نیتروژن که بیش از حد مجاز در هوای بسیاری از شهرهای بریتانیا است کمک کند. کیفیت پایین هوای ناشی از اگزوز وسایل نقلیه سالانه جان ده ها هزار نفر را به همراه دارد.

ما متوجه شدیم که پودر نه تنها می‌تواند به طور همزمان CO و اکسید نیتروژن را پاک کند، بلکه می‌تواند دی اکسید نیتروژن NO2، گاز مضری که به طور خاص تنظیم می‌شود را به نیتروژن مولکولی بی‌ضرر (N2) و آب در دمای اتاق تبدیل کند.

کاتالیزورهای پردازش انتشار اکسید نیتروژن (NOx) نصب شده در خودروهای دیزلی مدرن فقط در دمای اگزوز بالاتر از 150 درجه سانتیگراد کار می کنند. حتی اگر خودروی شما از مایع افزودنی برای کاهش انتشار اکسید نیتروژن استفاده می‌کند، بعید است هنگام رانندگی آهسته در زمانی که اگزوز خنک‌تر است، کار کند. این زمانی است که وسایل نقلیه بیشترین NO2 را منتشر می کنند – اغلب در راه بندان های ترافیکی که می تواند آلوده ترین هوا را جمع کند.

هنگامی که شبکه برق کربن زدایی شده و به اندازه کافی قوی برای شارژ میلیون ها وسیله نقلیه الکتریکی است، مبدل های کاتالیزوری که قادر به حذف اکسیدهای نیتروژن هستند ممکن است همچنان مهم باشند. به عنوان مثال، سوخت گاز طبیعی در کوره های صنعتی احتمالا با هیدروژن جایگزین می شود.

برخلاف اتوبوس‌ها و ماشین‌هایی که با هیدروژن کار می‌کنند، که از طریق واکنش در پیل سوختی انرژی تولید می‌کنند، کاربردهای بزرگ‌تری مانند کوره‌ها در کارخانه‌های فولادی سوخت هیدروژن را مستقیماً می‌سوزانند. این احتراق در دمای بالا، نیتروژن مولکولی موجود در هوا را به آلودگی اکسید نیتروژن تبدیل می کند که باید حذف شود.

به همین دلیل است که ما از ایجاد یک مبدل آلایندگی نمونه اولیه که می تواند در اکثر شرایط کار کند، با پتانسیل کاهش شدید انتشار گازهای گلخانه ای از موتورهای احتراقی و سایر منابع در آینده، هیجان زده هستیم.

این مقاله با مجوز Creative Commons از The Conversation بازنشر شده است.