• جمعه / ۲۵ فروردین ۱۴۰۲ / ۰۹:۵۱
  • دسته‌بندی: پژوهش
  • کد خبر: 1402012512304
  • خبرنگار : 30165

انتشار مقاله استاد دانشگاه شریف در مجله انتشارات انجمن شیمی آمریکا؛

گامی برای ساخت دستگاه تولید هم‌زمان الکتریسیته و آب شیرین از آب دریا

گامی برای ساخت دستگاه تولید هم‌زمان الکتریسیته و آب شیرین از آب دریا

مقاله عضو هیئت‌علمی دانشگاه شریف در یک مجله معتبر منتشر شد. چشم‌انداز وسیع‌تر این پژوهش طراحی و ساخت دستگاه تولید هم‌زمان الکتریسیته و آب شیرین با استفاده از هیدروژن و اکسیژن تولیدشده از آب دریا است.

 به گزارش ایسنا، دکتر علیرضا مشفق، عضو هیئت‌علمی دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف با همکاری جمعی از پژوهشگران دانشگاه‌های شریف، SKKU کشور کره جنوبی و الزهرا با حل یک مسئله چالشی برای کاهش مصرف مواد کربنی در حوزه تولید انرژی، موفق شد مقاله خود را در مجله معتبر ACS Catalysis به چاپ برساند.

این مقاله با عنوان «میکرو کره‌های سلسله مراتبی نیکل اکسید مبتنی بر آرایه‌ای از نانو میله‌ها به‌عنوان الکتروکاتالیست با عملکرد دوگانه برای تجزیه‌ی فوتولیز/الکترولیز انتخابی و مقاوم در برابر خوردگیِ آب دریا»، با حل نظری و تجربی یک مسئله چالشی برای کاهش مصرف مواد کربنی در حوزه تولید انرژی، اکنون نوید به‌کارگیری منابع فراوان و پاک روی کره زمین (فناوری فوتوولتائیک در آب دریا) را می‌دهد.

 در این مقاله آمده است؛ یکی از اصلی‌­ترین چالش­‌هایی که بشر در قرن ۲۱ با آن مواجه است، بحران تأمین انرژی است. حدود ۸۵ درصد مصرف کل انرژی جهان از طریق به‌کارگیری سوخت­‌های فسیلی تأمین می‌­شود. منابع سوخت‌های فسیلی محدود هستند و در سال­‌های آینده جواب‌گوی نیاز انرژی بشر نخواهند بود. همچنین باعث انتشار میزان زیادی گازهای گلخانه‌­ای ازجمله کربن دی‌اکسید می­‌شوند. به دنبال گسیل گازهای گلخانه‌­ای در فضا، تغییرات اقلیمی ازجمله تغییر در میزان بارش‌­های سالیانه و تغییر در pH آب دریاها در حال وقوع است که سلامت بشر را تهدید می‌کند. درواقع، اثرات زیست‌محیطی زیان‌بار به شکل وسیعی در حال گسترش هستند و با ادامه‌­ شرایط فعلی سیاره‌­ زمین به سمت شرایط غیرقابل قبولی برای نسل‌های آتی پیش خواهد رفت.

برای رفع این مشکلات، تحولات اساسی در حوزه انرژی و پذیرش جامعه برای مصرف کمتر از مواد کربنی امری بسیار ضروری است. ازاین‌رو اهمیت به‌کارگیری منابع تمیز و تجدیدپذیر به‌عنوان جایگزینی مناسب و بالقوه برای سوخت‌­های فسیلی بیش‌ازپیش الزامی است.

 هیدروژن یک حامل انرژی پاک و قابل ذخیره‌سازی، پایدار و دوستدار محیط‌زیست است که می‌­تواند از طریق الکترولیز آب تولید شود و در جهت مبارزه با تغییرات اقلیمی و رسیدن به میزان صفر انتشار گازهای گلخانه‌­ای مؤثر واقع شود. زیرا چرخه تولید و مصرف و بازسازی هیدروژن بدون انتشار کربن انجام می‌­شود. اما تولید هیدروژن از طریق تجزیه آب خالص در جهان فشار زیادی به منابع آب شیرین وارد خواهد کرد. بنابراین، وابستگی فناوری الکترولیز آب به منابع آب شیرین یک تهدید بزرگ برای محیط‌زیست پایدار خواهد بود.

از طرفی آب­‌های شور و کم کیفیت موجود در اقیانوس‌­ها و دریاها به‌عنوان یکی از منابع فراوان بر روی کره­‌ زمین هستند که می‌­توانند در جهت رفع تغییرات اقلیمی و تأمین انرژی پاک به‌طور اقتصادی مورداستفاده قرار گیرند، به‌گونه‌ای که الکترولیز آب دریا برای تولید هیدروژن پایدار و اصلاحات زیستی می‌تواند به یک فناوری جذاب و انعطاف‌پذیر تبدیل شود. درواقع فناوری الکترولیز آب دریا یادآور ضرب‌المثل «با یک تیر دو نشان زدن است»، چراکه هم در جهت تولید هیدروژن و هم برای شیرین‌سازی آب دریا می‌­تواند به‌کار گرفته شود. الکترومغناطیس‌ها به‌عنوان مؤلفه کلیدی سیستم‌­های الکتروشیمیایی تجزیه آب دریا محسوب می‌­شوند. ازاین‌رو توسعه و به‌کارگیری الکتروکاتالیست‌های مناسب­ که مواد آن‌ها ازلحاظ اقتصادی مقرون‌به‌صرفه هستند و پایداری خوبی در برابر خوردگی آب دریا دارند و درنهایت کارایی و عملکرد بهتری از خود نشان می‌­دهند، در حوزه تأمین انرژی پاک و محیط‌زیست سالم، امری بسیار ضروری 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)، به‌صورت نظری و تجربی موفق به طراحی و ساخت الکتروکاتالیست‌هایی پایدار و زیست سازگار با هزینه‌­های پایین با عملکرد دوگانه جهت تجزیه کارآمد و بادوام آب دریا به سوخت‌های هیدروژن و اکسیژن و همچنین تضعیف و کنترل واکنش‌های رقابتی و مزاحم موجود در آب دریا شدند.

به‌طور خلاصه، الکتروکاتالیست‌­های نانو ساختار بر پایه نیکل شامل میکروکره‌های نیکل اکسید هستند، به‌طوری‌که سطح این میکروکره‌ها به‌صورت کاملاً یکنواخت و متراکم توسط آرایه‌ای از نانو ساختارهای میله‌ای شکل پوشیده شده که منجر به یک معماری با ساختار سلسه مراتبی سه‌بعدی با مورفولوژی قاصدک‌شکل خواهد شد. وجود و مشارکت سطح مؤثر بالا با سایت‌های فعال فراوان ناشی از تشکیل این معماری، بهبود فعالیت ذاتی هر سایت فعال و همچنین توانایی انتقال بار مؤثر ناشی از رسانایی الکتریکی خوب  باعث افزایش فعالیت الکتروکاتالیستی سیستم توسعه‌یافته در راستای انجام هر دونیم واکنش تولید گازهای هیدروژن و اکسیژن و تضعیف و کنترل واکنش‌های مزاحم و رقابتی در آب دریا می‌شود. پایداری خوب الکتروکاتالیست سنتز شده را می‌توان عمدتاً به دلیل مقاومت در برابر خوردگی ساختار سلسله مراتبی  نیکل اکسید نسبت داد.

دستاوردهای حاصل از این پژوهش نه‌تنها امکان استفاده از الکتروکاتالیست­‌های فلزات غیر نجیب برای تولید سوخت‌های هیدروژن و اکسیژن از آب شور دریا را مطرح می‌کند، بلکه رویکردی نو برای طراحی منطقی و مؤثر ساختارهای با معماری سلسله مراتبی سه‌بعدی به‌منظور استفاده در حوزه تبدیل و ذخیره انرژی ارائه می‌دهد.

این گروه پژوهشی همچنین موفق شدند یک سیستم یکپارچه خورشیدی تجزیه آب دریا را با استفاده از الکتروکاتالیست‌های توسعه داده‌شده راه‌اندازی کنند. یکی از مزیت‌­های تولید هیدروژن با استفاده از تجزیه الکتروکاتالیستی آب شور دریا نیز سادگی و اقتصادی بودن آن است. به همین دلیل این سیستم قابلیت آن‌ را دارد که در مقیاس جهانی مورداستفاده قرار گیرد. ازاین‌رو چشم‌انداز وسیع‌تر این پژوهش طراحی و ساخت دستگاه تولید هم‌زمان الکتریسیته و آب شیرین با استفاده 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

انتهای پیام

  • در زمینه انتشار نظرات مخاطبان رعایت چند مورد ضروری است:
  • -لطفا نظرات خود را با حروف فارسی تایپ کنید.
  • -«ایسنا» مجاز به ویرایش ادبی نظرات مخاطبان است.
  • - ایسنا از انتشار نظراتی که حاوی مطالب کذب، توهین یا بی‌احترامی به اشخاص، قومیت‌ها، عقاید دیگران، موارد مغایر با قوانین کشور و آموزه‌های دین مبین اسلام باشد معذور است.
  • - نظرات پس از تأیید مدیر بخش مربوطه منتشر می‌شود.

نظرات

شما در حال پاسخ به نظر «» هستید.
لطفا عدد مقابل را در جعبه متن وارد کنید
captcha