روغن‌های زیست‌توده‌ای از مواد آلی تجدیدپذیر مانند گیاهان و پسماندهای کشاورزی تولید می‌شوند. این روغن‌ها به‌عنوان جایگزین احتمالی برای نفت شناخته می‌شوند زیرا مواد اولیه آنها قابل جایگزینی است و ممکن است تاثیرات زیست‌محیطی کمتری داشته باشند.

با این حال، روغن‌های حاصل از زیست‌توده از نظر شیمیایی پیچیده هستند. این روغن‌ها اغلب در مقایسه با سوخت‌های نفتی، غلظت بسیار بیشتری از ترکیبات نیتروژنی حلقه‌ای دارند. این ترکیبات می‌توانند در فرایند تولید و استفاده از سوخت، مشکلات مختلفی ایجاد کنند.

ترکیبات نیتروژنی می‌توانند هنگام سوختن سوخت، در انتشار اکسیدهای نیتروژن که معمولا با نام NOx شناخته می‌شوند، نقش داشته باشند. این آلاینده‌ها به کیفیت هوا آسیب می‌زنند و در ایجاد مه‌دود نیز تاثیرگذار هستند. ترکیبات نیتروژنی همچنین می‌توانند به کاتالیزورهای مورد استفاده برای پالایش نفت آسیب بزنند یا فعالیت آنها را کاهش دهند.

تولیدکنندگان سوخت معمولا این ترکیبات را از طریق فرایندی به نام «هیدروژناسیون» حذف می‌کنند. در این فرایند از هیدروژن در دما و فشار بالا برای تجزیه مواد شیمیایی حاوی نیتروژن استفاده می‌شود.  اگرچه این روش موثر است اما به مقدار زیادی هیدروژن و انرژی نیاز دارد. حذف برخی از ترکیبات نیتروژنی پیش از این فرایند می‌تواند هزینه‌ها را کاهش دهد و امکان پالایش در شرایط کم‌فشارتر و کم‌دماتر را فراهم کند.

گروه پژوهشی به سرپرستی یویچیرو هیروتا از موسسه فناوری ناگویا در ژاپن و با همکاری دانشمندانی از موسسه ملی علوم و فناوری صنعتی پیشرفته ژاپن و دانشگاه کانسای بررسی کردند که آیا غشای ویژه می‌تواند این مرحله اولیه حذف ترکیبات نیتروژنی را انجام دهد یا خیر.  

این غشا، حاوی مایع یونی درون چارچوب مولکولی پایدار است. مایعات یونی، نمک‌هایی هستند که در دماهای نسبتا پایین به حالت مایع می‌مانند. ویژگی‌های شیمیایی این مواد را می‌توان به‌گونه‌ای تنظیم کرد که برخی مولکول‌ها را با قدرت بیشتری نسبت به مولکول‌های دیگر جذب کنند.

پژوهشگران پیش از این دریافتند که این غشاها می‌توانند مایعات آلی قطبی و غیرقطبی را از یکدیگر جدا کنند. همین موضوع آنان را به آزمایش این فناوری برای جداسازی ترکیبات نیتروژنی از هیدروکربن‌های موجود در سوخت سوق داد.

آنان برای انجام آزمایش‌ها از «پیریدین» به‌عنوان نمونه ترکیب نیتروژنی رایج استفاده کردند. «تولوئن»، نماینده هیدروکربن‌های آروماتیک و «ان-هپتان»، نماینده هیدروکربن‌های زنجیره‌مستقیم بود.

این گروه مواد منفرد و همچنین مخلوط‌هایی شامل دو یا سه ماده شیمیایی را آزمایش کرد. غشا در سیستم «تراوش تبخیری» قرار گرفت که در آن مولکول‌های انتخاب‌ شده از غشا عبور کرده و به شکل بخار خارج می‌شوند. نتایج نشان داد «پیریدین» با سهولت بیشتری نسبت به هیدروکربن‌ها از غشا عبور می‌کند. این جداسازی به دلیل جاذبه شیمیایی بیشتر غشا نسبت به «پیریدین» و نه به دلیل کوچک‌تر بودن مولکول‌های «پیریدین» رخ داد.

این غشا توانست «پیریدین» را هم از مخلوط‌های ساده دوتایی و هم از یک مخلوط حاوی هیدروکربن‌های آروماتیک و زنجیره‌مستقیم، تغلیظ کند. مقدار ماده‌ عبوری از غشا نیز با غلظت آن در مایع تغییر می‌کرد.  این نخستین بار است که نشان داده شد یک غشای از این نوع می‌تواند «پیریدین» را به‌طور انتخابی از یک مخلوط چندجزئی هیدروکربنی بازیابی کند.

سایت نوریج گزارش کرد، این فناوری همچنان در مرحله پژوهشی قرار دارد و به آزمایش‌های بیشتری با روغن‌های واقعی حاصل از زیست‌توده نیاز خواهد داشت. دانشمندان همچنین باید دوام، هزینه و عملکرد آن را در استفاده طولانی‌مدت بررسی کنند. این غشا می‌تواند در صورت توسعه موفقیت‌آمیز، بار واردشده بر فرایندهای متداول پالایش را کاهش دهد و با کاهش مصرف هیدروژن و انرژی، به تولید پاک‌تر سوخت‌های مایع تجدیدپذیر کمک کند.

انتهای پیام