خالص‌سازی 93 درصدی هیدروژن با میکرورآکتورهای نانوساختار

به گزارش ایران اکونومیست؛  امروزه به علت نگرانی‌های مربوط به گرمایش جهانی، رشد جمعیت و همچنین کاهش سریع منابع نفتی جهان استفاده از منابع جدید انرژی مورد توجه قرار گرفته است. از جمله حامل‌های انرژی که می‌تواند جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی باشد، هیدروژن است.
 
ابزاری که با بازدهی بالا و آلایندگی نزدیک به صفر می‌تواند هیدروژن را به برق مورد استفاده در کاربردهای نیروگاهی و خودرو تبدیل کند، «پیل سوختی» است و با توجه به مزیت‌هایی که هیدروژن نسبت به سوخت‌های دیگر دارد، شاید بتوان ادعا کرد که عصر آینده، عصر هیدروژن خواهد بود.
 
در این راستا محققان دانشگاه کاشان در فاز آزمایشگاهی به دانش ساخت میکرو راکتورهایی دست یافتند که می‌تواند به کمک آن هیدروژن ناخالص تولید شده در مراکز صنعتی را تصفیه کند.
 
دکتر عبدالله ایرانخواه از اعضای هیأت علمی دانشگاه کاشان و مجری طرح با اشاره به ضرورت خالص‌سازی گاز هیدروژن پیش از استفاده از آن به‌ عنوان خوراک پیل سوختی گفت: پیل سوختی وسیله‌ای است که انرژی شیمیایی را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. هیدروژن مورد استفاده به‌عنوان خوراک در پیل‌های سوختی باید خالص‌سازی شود.
 
وی با بیان اینکه خالص‌ سازی هیدروژن در سامانه‌ی فراورش سوخت در دو مرحله انجام می‌شود که معمولاً حدود 50 درصد حجم سامانه را اشغال می‌کند، ادامه داد: از این رو استفاده از یک فرایند جایگزین به‌ منظور کاهش حجم سامانه حائز اهمیت خواهد بود و بر این اساس در این تحقیق فرایند خالص‌سازی دومرحله‌ای با یک فرایند تک‌ مرحله‌ای جایگزین شده است.
 
به گفته وی در این راستا میکرورآکتور نانوساختاری طراحی شد که عضو اصلی فرایند تک‌ مرحله‌ای خالص‌سازی هیدروژن خواهد بود.
 
این محقق اضافه کرد: با جایگزینی سامانه‌های رایج با سامانه‌ میکرورآکتوری طراحی‌ شده در این طرح هم فضای اشغال شده و هم هزینه‌های مربوط به فرآیند کاهش چشمگیری خواهد داشت.
 
ایرانخواه با تاکید بر اینکه خالص‌سازی هیدروژن در سامانه‌ فراورش سوخت طی دو مرحله‌ دما بالا (300 تا 500 درجه سانتیگراد) و دما پایین (200 تا 250 درجه سانتیگراد) انجام می‌شود که بیش از 50 درصد این سامانه را اشغال می‌کند، خاطر نشان کرد: نتایج به ‌دست‌آمده در طرح حاضر موجب خواهد شد تا حجم عظیم رآکتوری دومرحله‌ای واکنش انتقال آب-گاز با یک مرحله با دمای متوسط جایگزین شود.
 
این عضو هیات علمی دانشگاه کاشان خاطرنشان کرد: در این فرایند تک‌مرحله‌ای از یک نانوکاتالیست جدید به‌جای کاتالیست‌های معمول فروکروم و مس/روی/آلومینیوم استفاده شده است. استفاده از این نانوکاتالیست موجب شده تا فرایند خالص‌سازی هیدروژن با سرعت و کیفیت بالاتری صورت گیرد.
 
ایرانخواه افزود: در طرح حاضر یک کاتالیست با ترکیب شیمیایی Ni-K/CeO2 سنتز شده و بر روی یک صفحه از جنس فولاد زنگ نزن با استفاده از روش الکتروفورتیک پوشش داده شده است و در داخل میکروراکتور شیاردار در محدوده دمایی 300 تا 390 درجه‌ سانتیگراد فعالیت بسیار خوبی از خود نشان داده است. مورفولوژی لایه‌ کاتالیستی با استفاده از روش پراش اشعه‌ ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری سه‌بعدی مورد بررسی قرار گرفته است.
 
وی هدف از این تحقیق را دستیابی به بهترین پوشش کاتالیستی جهت به دست آوردن بالاترین میزان فعالیت واکنشی دانست و یادآور شد: در این تحقیق به بررسی تأثیر پارامترهای مهم فرایند الکتروفورتیکی یعنی زمان و ولتاژ اعمالی بر پوشش کاتالیستی پرداخته شده است.
 
این محقق تاکید کرد: با توجه به نتایج به ‌دست‌آمده در شرایط بهینه میزان تبدیل مونواکسید کربن 93 درصد بوده است.
 
نتایج این تحقیقات که حاصل همکاری دکتر عبدالله ایرانخواه عضو هیأت علمی و مهسا بازدار دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه کاشان است، در مجله Energy & Fuels با ضریب تأثیر 3.91 منتشر شده است.