29 دسامبر 2022 -توسط دانشگاه شفیلد
مقاله جدیدی که در مجله ACS Sustainable Chemistry & Engineering منتشر شده است، نشان می دهد که کاج سوزنی را می توان برای تولید سوخت های تجدیدپذیر و مواد شیمیایی با ارزش افزوده مانند نگهدارنده های مورد استفاده در کشاورزی استفاده کرد و فقط از آب به عنوان حلال استفاده کرد.
سالانه بین 6 تا 8 میلیون درخت کریسمس واقعی در بریتانیا فروخته می‌شود که تخمین زده می‌شود هفت میلیون درخت در پایان دوره جشن به محل دفن زباله راه پیدا کنند.
این نه تنها پرهزینه است، بلکه یک بار در محل دفن زباله، هر درخت در حین تجزیه 16 کیلوگرم گازهای گلخانه ای آزاد می کند و گاز متان تولید می کند که 25 برابر قوی تر از دی اکسید کربن (CO2) است.
تحقیقات قبلی دانشگاه در سال 2018 نشان داد که می توان محصولات مفیدی را از مواد شیمیایی استخراج شده از سوزن کاج در هنگام پردازش تهیه کرد. با کمک گرما و حلال ها، مطالعه 2018 نشان داد که ساختار شیمیایی سوزن کاج را می توان به یک محصول مایع (روغن زیستی) تجزیه کرد که می تواند در تولید شیرین کننده ها، رنگ، چسب ها و سرکه و … محصول جانبی جامد (بیو کاراکتر)، که می تواند در سایر فرآیندهای شیمیایی صنعتی استفاده شود.
تحقیق در این مقاله جدید بر اساس این پروژه تحقیقاتی قبلی دانشگاه ساخته شده است. این کار توسط ماریا آندرز-فرناندز، دکترای دانشگاه وایادولید انجام شد. دانشجویی که در زمان انجام بسیاری از تحقیقات، تحت نظارت دکتر جیمز مک گرگور، از گروه مهندسی شیمی و بیولوژیکی دانشگاه شفیلد بازدید می کرد.
دکتر مک گرگور، مدرس ارشد دپارتمان مهندسی شیمی و بیولوژیکی، گفت: “یکی از کارهایی که ما هنگام واکنش دی اکسید کربن برای جذب CO2 انجام می دهیم، استفاده از یک فلز برای واکنش است. این می تواند ناکارآمد و گران باشد، بنابراین. ما به برخی از کارهایی که قبلاً با سوزن‌های کاج انجام داده‌ایم بازگشتیم، زیرا متوجه شدیم که می‌توانیم به طور بالقوه از آنها برای تبدیل دی اکسید کربن به اسید فرمیک استفاده کنیم.
این کار منتشر شده نشان می دهد که چگونه واکنش دی اکسید کربن و آب با هم در دماهای بالا می تواند محصولات مفیدی تولید کند.
ماریا آندرز-فرناندز گفت: «ما دریافتیم که به جای واکنش فلز و دی اکسید کربن، می‌توانیم با سوزن‌های کاج و آب با دی اکسید کربن در دمای بالا واکنش نشان دهیم و کسری از سوزن‌های کاج به محصولی مشابه CO2 تبدیل می‌شوند.
دی اکسید کربن به عنوان بی کربنات سدیم معرفی می شود که معمولاً به عنوان جوش شیرین یا بی کربنات سودا شناخته می شود. این تبدیل همزمان با دی اکسید کربن جذب شده، که قبلاً در تحقیقات قبلی سوزن کاج نداشتیم، نشان داده است که این دو چیز باعث تقویت تبدیل یکدیگر، کارآمدتر کردن آن و در این مورد، تولید بیشتر محصول نهایی یعنی اسید فرمیک.
اسید فرمیک کاربردهای زیادی دارد، می‌توان از آن در سلول‌های سوختی برای ذخیره و انتقال هیدروژن استفاده کرد، که سپس می‌توان از آن به عنوان منبع انرژی استفاده کرد و جایگزینی تمیز برای سوخت‌های فسیلی ارائه کرد، زیرا هیچ گونه انتشار مضری ندارد.همچنین به طور گسترده ای به عنوان نگهدارنده غذاها و یک عامل ضد باکتری در خوراک دام و همچنین در ساخت چرم و لاستیک استفاده می شود.
ماریا افزود: “با این نتایج، این مطالعه استراتژی جدیدی را برای ارزش گذاری CO2 و زیست توده باقیمانده (فرایند استفاده مجدد از مواد زائد و تبدیل آنها به محصولات مفیدتر) برای تولید سوخت های تجدیدپذیر و مواد شیمیایی با ارزش افزوده، با استفاده از تنها آب به عنوان یک محصول تعیین می کند. حلال و تولید یک واکنش همزمان که فرآیند را ساده‌تر و کارآمدتر می‌کند.”
این مطالعه استفاده از مواد زائد مختلف – نیشکر و همچنین سوزن کاج – را مورد بررسی قرار داد و به این نتیجه رسید که اگرچه نیشکر مؤثرتر عمل می‌کند، پالایشگاه‌ها می‌توانند از مواد اولیه بیوماس مخلوط در زمان‌های مختلف سال استفاده کنند، زمانی که محصولات زائد مختلف فراوان‌تر هستند، برای مثال، استفاده از سوزن کاج در ژانویه.
دکتر مک گرگور افزود: “این می تواند چالشی در طراحی فرآیند ایجاد کند، زیرا در حال حاضر پالایشگاه ها از مواد اولیه استفاده می کنند که در طول سال ثابت است. بنابراین، اگر آنچه شما به عنوان واکنش دهنده های خود در طول سال تغذیه می کنید تغییر کند، این باید ساخته شود. اما این مکانی است که ما دوست داریم به آن برسیم تا در ژانویه، از میلیون‌ها کاج که به راحتی در دسترس هستند استفاده کنیم، نه اینکه آنها به محل دفن زباله بروند.”
اگر سوزن‌های کاج بعد از کریسمس جمع‌آوری شده و به این روش پردازش شوند، می‌توان از مواد شیمیایی برای جایگزینی مواد شیمیایی کمتر پایداری که در حال حاضر در صنعت استفاده می‌شود، استفاده کرد.
این امر می‌تواند با کاهش استفاده از درخت‌های کریسمس مصنوعی مبتنی بر پلاستیک، کاهش ضایعات زیست توده‌ای که به محل دفن زباله می‌روند و به طور بالقوه صرفه‌جویی در حدود 100000 تن گازهای گلخانه‌ای را که در حال حاضر هر ساله توسط محل‌های دفن زباله آزاد می‌شود، به کاهش ردپای کربن در بریتانیا منجر شود.
