افزایش کیفیت سوخت‌های زیستی با استفاده از فناوری نانو

با توسعه‌ی تحقیقات در زمینه‌ی انرژی‌های پاک و لزوم کاهش میزان آلاینده‌های گازی ناشی از احتراق سوخت‌های فسیلی، توجه زیادی به سمت استفاده از مواد طبیعی به‌عنوان ماده‌ی اولیه‌ی تولید سوخت‌های زیستی جلب شده است. جنگل‌ها و ضایعات جنگلی، محصولات و ضایعات کشاورزی، باغداری و صنایع غذایی، فضولات دامی و همچنین جلبک‌ها از مهم‌ترین منابع تولید نفت زیستی به شمار می‌روند.

دکتر مرتضی حسین پور امام، وجود اتم‌هایی اکسیژن، نیتروژن و گوگرد در سوخت‌های زیستی را یکی از معایب استفاده از آن‌ها دانست و افزود: «حضور اتم‌هایی موسوم به هترواتم ها در سوخت‌های زیستی موجب بروز آلودگی‌های زیست‌محیطی و خوردگی در حین احتراق می‌گردد. بنابراین حذف اتم نیتروژن از سوخت موجب افزایش کیفیت سوخت و کاهش آلودگی زیست‌محیطی می‌گردد. در این طرح سعی شده با سنتز یک نانوکاتالیست، به این هدف برسیم.»

وی ادامه داد: «سوخت تهیه‌شده از میکروجلبک‌ها حاوی مقادیر زیادی ترکیبات نیتروژن دار از جمله آمینواسیدهاست. بنابراین احتراق این‌گونه سوخت‌ها موجب تولید و رهاسازی گازهای آلاینده‌ی ناکس (NOx) می‌شود. استفاده از نانوذرات کاتالیستی جهت حذف ترکیبات نیتروژن دار از سوخت‌های زیستی موج شده است تا بازدهی فرایند مذکور نسبت به زمانی که از کاتالیست‌های معمولی استفاده می‌شود، افزایش چشمگیری داشته باشد.»

این محقق در خصوص نوآوری‌های این پژوهش گفت: «پژوهش حاضر نسبت به کارهای مشابه قبلی از دو جهت متمایز است. مورد اول فرایند تولید نانوکاتالیست است؛ در این پژوهش به‌منظور تولید نانوکاتالیست از روش نوین آب فوق بحرانی استفاده شده است. این روش یک روش سنتز سریع است و موجب سنتز نانوذرات با توزیع اندازه‌ی یکنواخت و بازدهی تولید بالا می‌گردد. نوآوری دوم مربوط به استفاده از اسید فرمیک به‌عنوان منبع تولید هیدروژن فعال است.»

در این تحقیق ابتدا نانوکاتالیست Na+ZSM-5 از روش آب فوق بحرانی سنتز شد. پس از تبدیل این نانوکاتالیست به H+ZSM-5، برای نیتروژن زدایی سوخت زیستی حاصل از نوعی جلبک موسوم به کلرلا ولگاریسchlorella) (Vulgaris استفاده شده است. این فرایند در حضور مخلوطی آب دما بالا و اسید فرمیک صورت گرفته است.

با کمک مخلوط آب و اسید فرمیک دما بالا، شرایط انحلالی بهتر فاز آلی در فاز آبی مهیا شده و موانع انتقال جرم رفع می‌گردد. بنابراین، سطح تماس واکنشگر با کاتالیست هتروژن بیشتر شده که این موضوع موجب افزایش درجه‌ی نیتروژن زدایی می‌شود.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های مرتضی حسین پور امام- دانش آموخته دکترای مهندسی شیمی دانشگاه تهران- دکتر ابوعلی گلزاری-دانش آموخته‌ی مقطع دکترای مهندسی محیط زیست دانشگاه تهران- و محمد صابر- دانشجوی مقطع دکترای مهندسی شیمی انستیتو فناوری توکیو- است. نتایج این کار در مجله‌ی Fuel با ضریب تأثیر 4.61 (جلد 206، ، سال 2017، صفحات 628 تا 637) منتشر شده است.