انتشار مقاله استاد دانشگاه شریف در مجله انتشارات انجمن شیمی آمریكا؛
گامی برای ساخت دستگاه تولید هم زمان الکتریسیته و آب شیرین از آب دریا
نقشه: مقاله عضو هیئت علمی دانشگاه شریف در یک مجله معتبر منتشر گردید. چشم انداز وسیع تر این پژوهش طراحی و ساخت دستگاه تولید هم زمان الکتریسیته و آب شیرین با بهره گیری از هیدروژن و اکسیژن تولیدشده از آب دریا است.
به گزارش نقشه به نقل از ایسنا، دکتر علیرضا مشفق، عضو هیئت علمی دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف با همکاری تعدادی از پژوهشگران دانشگاه های شریف، SKKU کشور کره جنوبی و الزهرا با حل یک مسئله چالشی برای کاهش مصرف مواد کربنی در عرصه تولید انرژی، موفق شد مقاله خودرا در مجله معتبر ACS Catalysis به چاپ برساند.
این مقاله با عنوان «میکرو کره های سلسله مراتبی نیکل اکسید مبتنی بر آرایه ای از نانو میله ها به عنوان الکتروکاتالیست با عملکرد دوگانه برای تجزیه ی فوتولیز/الکترولیز انتخابی و مقاوم در مقابل خوردگیِ آب دریا»، با حل نظری و تجربی یک مسئله چالشی برای کاهش مصرف مواد کربنی در عرصه تولید انرژی، حالا نوید به کارگیری منابع فراوان و پاک روی کره زمین (فناوری فوتوولتائیک در آب دریا) را می دهد.
در این مقاله آمده است؛ یکی از اصلی ترین چالش هایی که بشر در قرن ۲۱ با آن مواجه می باشد، بحران تامین انرژی است. حدود ۸۵ درصد مصرف کل انرژی جهان بوسیله به کارگیری سوخت های فسیلی تامین می شود. منابع سوخت های فسیلی محدود هستند و در سال های آینده جواب گوی نیاز انرژی بشر نخواهند بود. همین طور موجب انتشار میزان زیادی گازهای گلخانه ای ازجمله کربن دی اکسید می شوند. بدنبال گسیل گازهای گلخانه ای در فضا، تغییرات اقلیمی ازجمله تغییر در میزان بارش های سالیانه و تغییر در pH آب دریاها درحال وقوع است که سلامت بشر را تهدید می کند. درواقع، اثرات زیست محیطی زیان بار به شکل وسیعی درحال گسترش هستند و با ادامه شرایط فعلی سیاره زمین به سمت شرایط غیرقابل قبولی برای نسل های آتی پیش خواهد رفت.
برای حل این مشکلات، تحولات اساسی در زمینه انرژی و پذیرش جامعه برای مصرف کمتر از مواد کربنی امری بسیار ضرورت دارد. به این جهت اهمیت به کارگیری منابع تمیز و تجدیدپذیر به عنوان جایگزینی مناسب و بالقوه برای سوخت های فسیلی بیش ازپیش الزامی است.
هیدروژن یک حامل انرژی پاک و قابل ذخیره سازی، پایدار و دوستدار محیط زیست است که می تواند بوسیله الکترولیز آب تولید شود و در راستای مبارزه با تغییرات اقلیمی و رسیدن به میزان صفر انتشار گازهای گلخانه ای مؤثر واقع شود. برای اینکه چرخه تولید و مصرف و بازسازی هیدروژن بدون انتشار کربن انجام می شود. اما تولید هیدروژن بوسیله تجزیه آب خالص در جهان فشار زیادی به منابع آب شیرین وارد خواهدنمود. بنابراین، وابستگی فناوری الکترولیز آب به منابع آب شیرین یک تهدید بزرگ برای محیط زیست پایدار خواهد بود.
از طرفی آب های شور و کم کیفیت موجود در اقیانوس ها و دریاها به عنوان یکی از منابع فراوان بر روی کره زمین هستند که می توانند در راستای رفع تغییرات اقلیمی و تامین انرژی پاک بطور اقتصادی مورداستفاده قرار گیرند، به شکلی که الکترولیز آب دریا برای تولید هیدروژن پایدار و اصلاحات زیستی می تواند به یک فناوری جذاب و انعطاف پذیر تبدیل گردد. درحقیقت فناوری الکترولیز آب دریا یادآور ضرب المثل «با یک تیر دو نشان زدن است»، چونکه هم در راستای تولید هیدروژن و هم برای شیرین سازی آب دریا می تواند به کار گرفته شود. الکترومغناطیس ها به عنوان مؤلفه کلیدی سیستم های الکتروشیمیایی تجزیه آب دریا محسوب می شوند. به این جهت توسعه و به کارگیری الکتروکاتالیست های مناسب که مواد آنها ازلحاظ اقتصادی مقرون به صرفه هستند و پایداری خوبی در مقابل خوردگی آب دریا دارند و درنهایت کارایی و عملکرد بهتری از خود نشان می دهند، در زمینه تامین انرژی پاک و محیط زیست سالم، امری بسیار لازم است.
حال در یک پژوهش پیشگامانه، گروهی از پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف، با تلاش خدیجه همتی (از دانشکده فیزیک) به سرپرستی دکتر علیرضا مشفق (از دانشکده فیزیک) و همکاری پژوهشگران دانشگاه SKKU کره جنوبی به سرپرستی دکتر هیویانگ لی (از دانشکده انرژی) و دکتر مرادلو از دانشگاه الزهرا (از دانشکده شیمی)، بصورت نظری و تجربی موفق به طراحی و ساخت الکتروکاتالیست هایی پایدار و زیست سازگار با هزینه های پایین با عملکرد دوگانه جهت تجزیه کارآمد و بادوام آب دریا به سوخت های هیدروژن و اکسیژن و همین طور تضعیف و کنترل واکنش های رقابتی و مزاحم موجود در آب دریا شدند.
به طور خلاصه، الکتروکاتالیست های نانو ساختار بر پایه نیکل شامل میکروکره های نیکل اکسید هستند، بطوریکه سطح این میکروکره ها بصورت کاملاً یکنواخت و متراکم توسط آرایه ای از نانو ساختارهای میله ای شکل پوشیده شده که منجر به یک معماری با ساختار سلسه مراتبی سه بعدی با مورفولوژی قاصدک شکل خواهد شد. وجود و مشارکت سطح مؤثر بالا با سایت های فعال فراوان ناشی از تشکیل این معماری، بهبود فعالیت ذاتی هر سایت فعال و همین طور توانایی انتقال بار مؤثر ناشی از رسانایی الکتریکی خوب موجب افزایش فعالیت الکتروکاتالیستی سیستم توسعه یافته در امتداد انجام هر دونیم واکنش تولید گازهای هیدروژن و اکسیژن و تضعیف و کنترل واکنش های مزاحم و رقابتی در آب دریا می شود. پایداری خوب الکتروکاتالیست سنتز شده را می توان عمدتا به علت مقاومت در مقابل خوردگی ساختار سلسله مراتبی نیکل اکسید نسبت داد.
دستاوردهای حاصل از این پژوهش نه فقط امکان استفاده از الکتروکاتالیست های فلزات غیر نجیب برای تولید سوخت های هیدروژن و اکسیژن از آب شور دریا را مطرح می کند، بلکه نگاهی نو برای طراحی منطقی و مؤثر ساختارهای با معماری سلسله مراتبی سه بعدی بمنظور استفاده در زمینه تبدیل و ذخیره انرژی ارائه می دهد.
این گروه پژوهشی همین طور موفق شدند یک سیستم یکپارچه خورشیدی تجزیه آب دریا را با بهره گیری از الکتروکاتالیست های توسعه داده شده راه اندازی کنند. یکی از مزیت های تولید هیدروژن با بهره گیری از تجزیه الکتروکاتالیستی آب شور دریا نیز سادگی و اقتصادی بودن آنست. بنا بر این این سیستم قابلیت آنرا دارد که در مقیاس جهانی مورداستفاده قرار گیرد. به این جهت چشم انداز وسیع تر این پژوهش طراحی و ساخت دستگاه تولید هم زمان الکتریسیته و آب شیرین با بهره گیری از هیدروژن و اکسیژن تولیدشده از آب دریا است.
بنابر اعلام روابط عمومی دانشگاه صنعتی شریف؛ نتایج این پژوهش ۶ آوریل ۲۰۲۳ در جلد ۱۳ (صفحات ۵۵۲۸-۵۵۱۶) مجله معتبر ACS Catalysis از انتشارات انجمن شیمی آمریکا (ACS) با ضریب تأثیر ۱۳.۷ به چاپ رسیده است.
لینک دسترسی به مقاله
منبع: نقشه
این مطلب Go Map را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط در نقشه
نظرات بینندگان نقشه در مورد این مطلب