چهارشنبه, ۲۵مهر , ۱۳۹۷
خانه / علم و فناوری / صنعت نفت / اخبار - صنعت نفت / سوخت کربنی، رقیب جدی سوختهای فسیلی
سوخت کربنی

سوخت کربنی، رقیب جدی سوختهای فسیلی

تبدیل CO2 به سوخت با قیمت در حد بنزین، سوختهای فسیلی را تقریبا بلا‌استفاده می‌کند. این سیستم مبتکرانه می‌تواند مشکلات مهمی در زمینه مصرف انرژی را حل کند. سلول‌های خورشیدی جدید سوخت قابل استفاده تولید می‌کند که تراکم انرژی زیادی دارد. این نوع سوخت می‌تواند به حل چالشهای ناشی از سوزاندن دیگر هیدروکربن‌ها مثل نفت، بنزین و زغالسنگ کمک کند.

سوختهای کربن خنثی (carbon-neutral fuels)، سوختهای مصنوعی از جمله متان، بنزین، گازوئیل، سوخت جت و یا آمونیاک هستند که به وسیله هیدروژنه کردن دی‌اکسید کربن بازیافت شده از دودهای خروجی از دودکش نیروگاه، بازیافت شده از گاز اگزوز خودرو و یا مشتق شده از اسید کربنیک آب دریا به دست می‌آیند. شرکتهای سوخت مصنوعی تجاری ادعا می‌کنند که می‌توانند زمانی که قیمت نفت بیش از ۵۵ دلار در هر بشکه باشد، سوخت مصنوعی را با قیمت کم‌تر از سوختهای نفتی تولید کنند. متانول تجدید پذیر (renewable methanol) یا RM سوختی است که توسط هیدروژناسیون کاتالیستی تولید شده از هیدروژن و دی‌اکسید کربن تولید می‌شود که در آن هیدروژن از الکترولیز آب به دست آمده است. این سوخت را می‌توان با سوختهای حمل و نقل مخلوط کرد و یا به عنوان مواد خام شیمیایی تحت فرآیند قرار داد. این سوختها کربن خنثی در نظر گرفته می‌شوند، چرا که باعث افزایش خالص در میزان گازهای گلخانه‌ای اتمسفر نمی‌شود. در جایی که سوختهای مصنوعی جایگزین سوختهای فسیلی (fossil fuels) می‌شوند و یا اگر از پ‌ماند کربن و یا اسید کربنیک آب دریا تولید شده باشند و احتراق آنها همراه با جذب کربن (carbon capture) در دودکش یا لوله اگزوز شود، این سوختها باعث انتشار منفی دی‌اکسید کربن و خروج خالص دی‌اکسید کربن از هوا می‌شوند در نتیجه به نوعی باعث کاهش گازهای گلخانه‌ای می‌شوند که به این سوختها، کربن منفی گفته می‌شود. سوختهای کربن خنثی امکان ذخیره سازی انرژی با هزینه نسبتا پایین را فراهم می‌کنند که باعث کاهش مشکلات تناوب تولید در انرژی‌های تجدید‌پذیر باد و خورشید می‌شوند و امکان توزیع نیروی باد، آب و خورشیدی را از راه خطوط لوله گاز طبیعی موجود فراهم می‌آورند.

سوخت کربن خنثی، هیدروکربن مصنوعی می‌باشد که در واکنشهای شیمیایی بین دی اکسید کربن تولید شود، که می‌تواند از نیروگاه یا هوا و هیدروژن به دام بیفتد است که توسط الکترولیز آب و با استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر ایجاد می‌شود. این قبیل سوختها اغلب بعنوان سوخت‌های الکتریکی اطلاق می‌شود که انرزی استفاده شده در تولید هیدروزن را ذخیره می‌کند. زغالسنگ همچنین برای تولید هیدروزن هم استفاده می‌شود اما این می‌تواند یک منبع کربن خنثی نباشد. کربن دی اکسید می‌تواند به منظور تولید سوخت فسیلی کربن خنثی به دام انداخته شود یا دفن شود هر چند تجدید پذیر نمی‌باشد. کربن به دام افتاده از گازهای خروجی می‌تواند سوختهای کربن خنثی تولید کند. دیگر هیدروکربن‌ها می‌توان برای تولید هیدروژن و دی اکسید کربن شکسته شود که پس از آن می‌تواند در حالی که هیدروژن برای انرژی یا سوخت استفاده می‌شود، ذخیره می شودکه این هم می‌تواند یک سوخت کربنی خنثی باشد. بیشترین سوخت انرژی کارآمد برای تولید متانول است، که از واکنش شیمیایی یک اتم کربن دی اکسید و سه اتم هیدروزن برای تولید متانول و آب ایجاد می‌شود. انرژی ذخیره شده را می‌توان با سوزاندن متانول در یک موتور احتراق با آزاد کردن دی اکسید کربن، آب و گرما، بازیافت کرد. متان در یک واکنش مشابه تولید می‌شود. از انرژی بیشتر می‌توان برای ترکیب متانول یا متان به مولکول‌های سوخت هیدروکربنی بزرگتر استفاده می‌شود.

اکتان و اتانول همچنین می‌توانید از دی اکسید کربن و هیدروژن تولید شود. همه هیدروکربن مصنوعی به طور کلی در دمای ۲۰۰–۳۰۰ درجه سانتی گراد، و در فشار ۲۰ تا ۵۰ بارتولید می‌شوند. کاتالیزورها معمولاً برای بهبود بهره‌وری از واکنش و ایجاد نوع مورد نظر را از سوخت هیدروکربنی، مورد استفاده قرار می گیرند. چنین واکنش‌هایی گرمازایی دارند و از حدود ۳ مول هیدروژن در هر مول از دی اکسید کربن درگیر در واکنش استفاده می‌کند. آنها همچنین مقادیر زیادی از آب به عنوان یک محصول جانبی تولید می‌کنند.

شرکت Joule Unlimited یک تولید کننده انرژیهای جایگزین در آمریکا است که فرآیند جدیدی برای تولید سوخت هیدروکربنی با استفاده از ترکیب پساب، مواد مغذی، سیانوباکترها، کربن دی اکسید و نور خورشید ابداع نموده است. این فرآیند که Helioculture نام دارد، از ارگانیزم های فتوسنتز کننده استفاده می کند اما با فرآیند تولید سوخت از جلبک یک تفاوت مهم دارد، و آن هم اینست که روغن تولید شده از جلبک برای استفاده نیازمند تصفیه است، اما سوخت تولید شده از این فرآیند می تواند مستقیما مورد استفاده قرار گیرد. این شرکت مدعی است سوخت تولیدی اش با نفت بشکه ای ۵۰ دلار قابل رقابت است، و با استفاده از زمینی به مساحت ۶۷٫۰۰۰ متر مربع توانایی تأمین تمام تقاضا برای سوخت مصرفی در بخش حمل و نقل در سراسر ایالات متحده را دارد. بازده تولید سوخت (دیزل، اتانول، مواد شیمیایی دیگر) در این روش در حدود ۵تا ۵۰ برابر روشهای تولید سوخت زیستی بر مبنای زیست توده است.

محققان دانشگاه ایلینوی در شیکاگو نیز سلولی خورشیدی ساختند که قادر است دی‌اکسیدکربن را خیلی ارزان و با بازدهی بالا به سوخت هیدروکربنی تبدیل کند. نتایج این تحقیق در مجله ساینس منتشر شده است. بر خلاف سلول‌های خورشیدی سنتی که نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند، این سلول‌های جدید کار گیاهان را انجام می‌دهند و بنابراین دو مساله مهم را حل می‌کنند. این سلول خورشیدی جدید با هزینه کم و بازدهی خوب، کربن دی‌اکسید موجود در اتمسفر را مستقیما به سوخت قابل استفاده تبدیل می‌کنند. یک مزرعه خورشیدی می‌تواند با برگهای مصنوعی اش مقدار عظیمی از دی‌اکسیدکربن را به انرژی تبدیل کند. امین صالحی خوجین، دانشیار دانشکده مکانیک و مهندسی صنایع دانشگاه ایلینوی و محقق اصلی این تحقیق، می‌گوید:”این سلول‌های خورشیدی جدید، فتوولتائیک نیستند، بلکه فتوسنتتیک هستند. بر خلاف تولید انرژی از سوختهای فسیلی و تبدیل آنها به گازهای گلخانه‌ای، از این پس قادر خواهیم بود که فرآیند را برعکس کرده و دی‌اکسیدکربن جو را بازیابی کنیم.”

این دستگاه جدید بسیار شبیه به گیاهان و درختانی کار می‌کند که کربن دی‌اکسید را گرفته و آن را به شکر تبدیل کرده و به عنوان انرژی ذخیره می‌کنند. بر خلاف گیاهان که با استفاده از کاتالیزور شکر تولید می‌کنند، محققان از کاتالیزور برای تبدیل کربن دی‌اکسید به کربن مونوکسید استفاده کردند.

در حالی که گیاهان دی‌اکسیدکربن را به شکر تبدیل می‌کنند، این سلول‌های جدید، آن را به ترکیبی از هیدروژن و منواکسیدکربن تبدیل می‌کند. تبدیل CO2 به سوخت با قیمت در حد بنزین، سوختهای فسیلی را تقریبا بلا‌استفاده می‌کند. این سیستم مبتکرانه می‌تواند مشکلات مهمی در زمینه مصرف انرژی را حل کند. سلول‌های خورشیدی جدید سوخت قابل استفاده تولید می‌کند که تراکم انرژی زیادی دارد. این نوع سوخت می‌تواند به حل چالشهای ناشی از سوزاندن دیگر هیدروکربن‌ها مثل نفت، بنزین و زغالسنگ کمک کند.

یک مزرعه خورشیدی از این سلول که اصطلاحا برگ خورشیدی هم نامیده می‌شوند، می‌تواند مقادیر قابل توجهی از گاز گلخانه‌ای کربن دی‌اکسید موجود در اتمسفر را کاهش دهد. این گاز یکی از عوامل اصلی گرمایش جهانی است. کربن مونوکسید هم یک گاز گلخانه‌ای است که منجر به گرم شدن زمین می‌شود، اما دانشمندان راهی پیدا کرد‌ه‌اند تا آن را به یک سوخت قابل استفاده مثل متانول تبدیل کنند. تبدیل کربن دی‌اکسید به ماده‌ای قابل استفاده دشوارتر است چون این گاز از لحاظ شیمیایی نسبتا واکنش‌ناپذیر است.

این اختراع پیشرفت قابل توجهی در جهت کاهش آلودگی هوای ناشی از تردد خودروها است. برای استفاده بهینه از این سلول‌ها، بهتر است که نه تنها بتوان از آنها در مزرعه‌های خورشیدی استفاده کرد، بلکه بتوان در مقیاسهای کمتر مانند منازل شخصی نیز از آن بهره گرفت.

سوخت کربن خنثی (Carbon-neutral fuel) در آلمان و ایسلند برای ذخیره‌سازی توزیع انرژی‌های تجدید پذیر، استفاده می‌شود. به حداقل رساندن مشکلات باد و تناوب خورشیدی، و فعال کردن انتقال باد، آب و انرژی خورشیدی از طریق خطوط لوله گاز طبیعی موجود می‌باشد. چنین سوختهای تجدید پذیر می‌تواند هزینه‌ها و مسائل مربوط به وابستگیهای فسیلی وارداتی بدون نیاز به سوخت یا برق خودرو ناوگان و یا تبدیل به هیدروژن و یا دیگر سوختها را کاهش داده، استفاده پایدار وسایل نقلیه سازگار و مقرون به صرفه را فراهم می‌کند. ۲۵۰ کیلووات کارخانه متان مصنوعی شده است در آلمان ساخته شده و در حال افزایش مقیاس تا ۱۰ مگاوات است. کمیسیون اتحادیه اروپایی با توجه به موفقیت به دست آمده، اظهار امیدواری کرده است که سوختهای هیدروکربنی در آینده از نور خورشید، دی اکسید کربن و آب تولید شوند. در این فرایند با استفاده از آب و دی اکسید کربن تحت تأثیر نور خورشید، گاز موسوم به گاز سنتز تولید می شود. به گفته آندرئاس سیزمان یکی از دست اندکاران این پروژه، این روش دو امتیاز مهم دارد. اول آن که از سوختهای فسیلی نظیر نفت به عنوان ماده خام استفاده نمی شود ، بلکه به جای آن گاز دی اکسید کربن، که در اصل گازی گلخانه ای و مضر شناخته می شود، به کار می رود. به گفته وی درست است که سوخت تولید شده در این روش در نهایت باعث انتشار دی اکسید کربن می شود، اما از آنجایی که این سوخت در دراز مدت به طور مستقیم از هوا به دست می آید، این فرایند در کل از لحاظ تولید دی اکسید کربن، خنثی به شمار می رود.

دومین نکته قابل توجه نیز انرژی مورد استفاده در تولید این سوخت است که از طریق نور خورشید به طور مستقیم و بدون نیاز به فتوسنتز در گیاهان به دست می آید. از همین رو فرایند تولید کارآمدتر است و می تواند در زمینهای بلااستفاده از لحاظ کشاورزی و اقتصادی، بدون آن که رقابتی با عرصه تولید مواد غذایی در بگیرد، انجام پذیرد.

در این آزمایش نور خورشید مصنوعی جایگزین نور طبیعی خورشید شده است. سیزمان احتمال داده است که تولید تجاری گاز سنتزی که از آن سوخت هواپیما به دست می آید، در۱۰ سال آینده عملی شود. به گفته کمیسر اتحادیه اروپا در امور تحقیقات و توسعه، این فناوری این امکان را فراهم می آورد که در آینده سوخت های سازگار با محیط زیست برای هواپیماها، وسایل نقیله و خودروها در مقیاس انبوه تولید شود. علاوه براین این فرایند به این ترتیب می تواند امنیت عرضه انرژی را قویا بهبود ببخشد و از یکی از مهمترین گازهای گلخانه ای که موجب گرم شدن زمین می شود، یک منبع با ارزش انرژی بسازد.

منبع: نفت ما

کانال تلگرامی دیده بان انرژی

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *