به گزارش تجارت نیوز، در یکی از مهمترین پیشرفتهای فناوری سبز طی سالهای اخیر، پژوهشگران دانشگاه کرنل موفق شدهاند روشی نوین برای تولید پراکسید هیدروژن ارائه دهند؛ مادهای که سالانه بیش از ۵ میلیون تن از آن در صنایع مختلف جهان مصرف میشود. این دستاورد که در مجله نیچر کامیونیکیشنز (Nature Communications) منتشر شده، میتواند صنایع شیمیایی، تصفیه آب، تولید نیمههادیها و حتی بخش پزشکی را متحول کند و راه را برای تولید غیرمتمرکز، پاک و کمهزینه این ماده ضروری هموار سازد. در سالهایی که جهان با بحران تغییرات اقلیمی و نیاز فوری به کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی روبهروست، این نوآوری میتواند به عنوان یک نقطه عطف در کربنزدایی صنعت شیمی شناخته شود.
پراکسید هیدروژن؛ مادهای حیاتی که هنوز با روشهای آلاینده تولید میشود
پراکسید هیدروژن از دههها پیش یکی از مهمترین مواد صنعتی بوده و در بخشهای مختلفی مانند تصفیه و گندزدایی آب، ساخت نیمههادیها و میکروچیپها، صنعت کاغذ و نساجی، دارو و مواد ضدعفونیکننده و پاککنندههای خانگی مصرف گسترده دارد.
با وجود این اهمیت، تقریبا ۹۹ درصد تولید جهان هنوز از طریق فرآیند آنتراکینون انجام میشود؛ روشی قدیمی که وابسته به سوختهای فسیلی است. به مواد شیمیایی خطرناک نیاز دارد. زباله و پساب آلاینده تولید میکند. به واحدهای صنعتی عظیم و بسیار پرهزینه وابسته است و نیازمند حملونقل پراکسید غلیظ با ریسک بالای انفجار است.
علیرضا عباسپورراد، استاد دانشگاه کرنل و نویسنده مسئول این تحقیق، میگوید: «فرآیند آنتراکینون اگرچه کارآمد است، اما یکی از آلایندهترین بخشهای صنعت شیمی محسوب میشود. انتقال مقادیر بالای پراکسید غلیظ هم یک خطر همیشگی است.»
نوآوری دانشگاه کرنل: تولید پراکسید تنها با نور خورشید، آب و اکسیژن
تیم پژوهشی کرنل نشان داده است که میتوان با کمک نور مرئی خورشید، مواد جدید و آب، پراکسید هیدروژن تولید کرد؛ بدون نیاز به سوخت فسیلی، حرارت بالا یا مواد سمی.
فناوری چگونه کار میکند؟
محققان دو ماده جدید به نامهای ATP-COF-1 و ATP-COF-2 طراحی کردهاند. این مواد از خانواده «چارچوبهای آلی کووالانسی» (COF) هستند؛ ساختارهای متخلخل و سبک که میتوانند نور خورشید را جذب کنند. الکترونها را جدا و هدایت کنند. واکنش بین آب (H₂O) و اکسیژن (O₂) را فعال کنند و در نهایت پراکسید هیدروژن (H₂O₂) بسازند. این واکنش کاملا پاک بوده و هیچ محصول جانبی خطرناک تولید نمیکند.
بر اساس دادههای منتشر شده، این مواد در نور مرئی، حتی زیر شدت نوری کم، عملکرد بالا دارند. قابل استفاده مجدد هستند و پس از چندین چرخه تخریب نمیشوند. بازده آنها در بسیاری از تستها با فتوکاتالیستهای موجود برابر یا بالاتر بوده است.
تولید پراکسید هیدروژن در محل؛ پایان یک عصر پرخطر
اهمیت این فناوری فقط در پاک بودن آن نیست؛ بلکه در این است که میتواند تولید این ماده را از کارخانههای عظیم و متمرکز جدا کرده و به نقاط مصرف منتقل کند.
مزیتهای عملی برای صنایع و شهرها
این روش میتواند به تصفیهخانههای آب، بیمارستانها و مراکز درمانی، کارخانههای تولید غذا و دارو، تاسیسات الکترونیک و نیمههادیها و مناطق دورافتاده یا فاقد زیرساخت صنعتی امکان دهد که پراکسید هیدروژن را همانجا و در همان لحظه تولید کنند.
این موضوع سه پیامد مهم دارد:
- کاهش خطر حملونقل مواد شیمیایی خطرناک
- کاهش انتشار گازهای گلخانهای ناشی از فرآیندهای فعلی
- کاهش مصرف انرژی و حذف بسیاری از فرایندهای وابسته به حرارت یا فشار بالا
به گفته امین زاده نظری، نویسنده اول این مقاله: «آیندهای را تصور کنید که در آن، دستگاهی کوچک با کمک نور خورشید نیاز روزانه یک بیمارستان به ضدعفونیکننده را تولید کند. این فناوری دقیقا چنین آیندهای را ممکن میکند.»
چالش اصلی: رقابت با روش ارزان آنتراکینون
با وجود همه مزایا، فناوری خورشیدی هنوز باید از یک سد بزرگ عبور کند: اقتصادی شدن تولید.
فرآیند آنتراکینون با وجود آسیبهای زیستمحیطی، بسیار ارزان است و سالهاست که در مقیاس بزرگ بهینه شده اما پژوهشگران معتقدند با تولید انبوه مواد COF و توسعه دستگاههای کوچک، قیمت تمامشده بهمرور کاهش مییابد.
گامی مهم برای کربنزدایی صنایع شیمیایی جهان
طبق گزارش آژانس بینالمللی انرژی، صنایع شیمیایی سالانه بیش از ۹۰۰ میلیون تن دی اکسید کربن منتشر میکنند. جایگزین کردن فرآیندهای فسیلی با روشهای خورشیدی میتواند دهها درصد از این انتشار را کاهش دهد.
مقاله منتشر شده در Nature Communications تاکید میکند که این نوآوری قادر است. زنجیره تامین جهانی پراکسید هیدروژن را تغییر دهد. وابستگی به مواد اولیه فسیلی را کاهش دهد و مسیر تولید مواد شیمیایی پاک را بازتعریف کند.
عباسپورراد میگوید: «این فقط یک پیشرفت علمی نیست؛ به معنای بازطراحی کل اکوسیستم تولید مواد شیمیایی است.»
آغاز عصر شیمی خورشیدی
این تحقیق، نقطه شروع یک انقلاب فناورانه است؛ انقلابی که میتواند تولید پراکسید هیدروژن را ایمنتر، تمیزتر و ارزانتر کند. دسترسی به مواد ضدعفونیکننده و عوامل تصفیه آب را افزایش دهد. خطرات لجستیکی و زیستمحیطی صنعت شیمی را کاهش دهد و به جهان کمک کند تا از وابستگی به سوختهای فسیلی فاصله بگیرد. محققان کرنل اکنون در حال گسترش مقیاس تولید این مواد و طراحی دستگاههای کاربردی هستند. اگر این روند ادامه یابد، ممکن است طی چند سال آینده شاهد ورود اولین ژنراتورهای خورشیدی پراکسید هیدروژن به بازار باشیم؛ دستگاههایی که میتوانند صنعت تصفیه آب، پزشکی، بهداشت و تولید مواد شیمیایی را وارد مرحلهای جدید کنند.
