معرفی روش نوین و سبز برای تبدیل متان به هیدروژن توسط محققان دانشگاه امیرکبیر

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، فاطمه احمدی نوریدانش آموخته دکترا و مجری طرح، عنوان تحقیقات اجرای شده را "افزایش بازده تبدیل متان به هیدروژن به روش تخلیه اسپارک به همراه پلاسمای القای لیزری (SD-LIP) " عنوان کرد و گفت: افزایش روزافزون تقاضا برای انرژی منجر به گرمایش جهانی، تغییرات اقلیمی و تولید روزافزون گاز‌های گلخانه‌ای می‌شود و این مساله نیاز فوری به تبدیل گاز‌های گلخانه‌ای، به طور ویژه گاز متان و دی‌اکسید کربن، به محصولات با ارزش را مورد تأکید قرار می‌دهد.

وی با اشاره به گزارش هیئت دولتی بین‌المللی تغییرات آب و هوایی، با تاکید بر اینکه بر این اساس متان در یک دوره 20 ساله 86 برابر بیشتر از دی‌اکسید کربن منجر به گرمایش جهانی شده است، اظهار کرد: متان فراوان‌ترین ماده در ترکیب گاز طبیعی به شمار می‌آید و احتراق متان منجر به آزادسازی فراوان دی اکسید کربن به جو می‌شود. یافتن روشی کارآمد برای تبدیل متان به ترکیبات ارزشمند که به کاهش گاز‌های گلخانه‌ای ختم شود، توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است.

احمدی با بیان اینکه تقاضای هیدروژن در سال 2020 به 90 میلیون تن رسید که عمده آن برای مصارف پالایشی و صنعتی است و به صورت عمده از سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود، یادآور شد: تولید این 90 میلیون تن هیدروژن با تولید 900 میلیون تن دی‌اکسیدکربن همراه است و سالانه، پالایشگاه‌ها نزدیک به 40 میلیون تن هیدروژن به عنوان ماده اولیه و یا به عنوان منبع انرژی مصرف می‌کنند. تقاضا در بخش صنعت تا حدودی بیشتر است (بیش از 50 میلیون تن هیدروژن) که تولیدات شیمیایی حدود 45 میلیون تن از تقاضای هیدروژن را تشکیل می‌دهد و تقریباً سه چهارم آن به تولید آمونیاک و یک چهارم به متانول اختصاص دارد.

این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر چهار منبع اصلی تولید تجاری هیدروژن را شامل "گاز طبیعی"، "روغن"، "زغال سنگ" و "الکترولیز" عنوان کرد و ادامه داد: هر یک از این روش‌ها به ترتیب 48، 18، 30 و 4 درصد از سهم تولید هیدروژن را از آن خود کرده‌اند. هیدروژن در حجم بالا به صورت ویژه بیشتر از طریق فرآیند اصلاح بخار متان یا گاز طبیعی به دست می‌آید. این روش در حال حاضر ارزان‌ترین روش تولید هیدروژن است. بسته به کیفیت ماده اولیه گاز طبیعی، به ازای تولید هر تن هیدروژن، 9 تا 12 تن دی اکسید کربن تولید می‌شود.

احمدی هدف نهایی در اقتصاد هیدروژن را یافتن روش‌های اقتصادی با کمترین میزان خسارت به محیط زیست با بیشترین کارایی و بازده در تولید هیدروژن دانست و ادامه داد: این روش که برای اولین بار در جهان پیشنهاد شده نشان داده است که این فرآیند به طور کارآمد متان را به هیدروژن تبدیل می‌کند و منجر به کمتر شدن تشکیل دوده کربنی در ساختار، کاهش ولتاژ فروشکست و انرژی اعمالی به سیستم جهت تبدیل می‌شود.

این محقق با اشاره به فرآیند اجرای این تحقیق اظهار کرد: در این روش پیشنهاد شده تا از پلاسمای القایی لیزری در کنار روش متداول تخلیه اسپارک در حضور کاتالیست پالادیم برای افزایش و بهبود کارایی تبدیل متان به هیدروژن استفاده شود. به همین منظور انواع تست‌ها و آزمایش‌های مختلف در جهت بررسی کارایی این سیستم انجام شده است که نتایج صراحتا بهبود کارایی و افزایش بازده تبدیل را در این سیستم پیشنهادی تایید می‌کند.

وی از انتشار نتایج این مطالعات در ژورنال بین‌المللی با عنوان journal engineering Chemical با ضریب تاثیر 15 خبر داد و یادآور شد: در روش تخلیه اسپارک به همراه پلاسمای القایی لیزری در حضور کاتالیست پالادیم نسبت به روش متداول تخلیه اسپارک تبدیل متان بیش از 4.5 برابر افزایش یافته و در نهایت افزایش 4.8 برابری تبدیل هیدروژن را در پی داشته است. ولتاژ فروشکست که انرژی اولیه مورد نیاز را تامین می‌کند در این روش یک چهارم انرژی مورد نیاز در روش سنتی تخلیه اسپارک است.

احمدی بهبود بازده تبدیل متان، افزایش تولید هیدروژن، کاهش بسیار موثر انرژی مصرفی، کاهش تولید دوده کربنی، افزایش کارایی کاتالیست، کاهش شدید ولتاژ فروشکست، کاهش خوردگی الکترود و پاک‌سازی لیزری همزمان سطح کاتالیست را از مزایای این روش نام برد.

این تحقیق با همکاری و هدایت دکتر پرویز پروین از اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر اجرایی شده است.