نوآوری جدید سوخت متان تمیز کننده از باتری ها و مواد زاید را ایجاد می کند

تبدیل زباله های خطرناک به چیزی مفید ممکن است آینده نگر به نظر برسد ، اما این واقعیت به واقعیت تبدیل شده است. دانشمندان دانشگاه فناوری وین روش جدیدی برای تبدیل زباله باتری ایجاد کرده اند و از فویل آلومینیومی به نانوکاتالیست های قدرتمند استفاده کرده اند. این مواد ریز و درشت می توانند با تبدیل آن به متان ، به کاهش دی اکسید کربن مضر (CO2) کمک کنند – سوختی که تمیز می کند و می تواند صنایع را نیرو بگیرد.

این موفقیت به معنای چیزی بیش از فقط بازیافت است. این به معنای بالا رفتن از زباله ها و حتی بهتر شدن آن از گذشته است. این امر به کاهش آلودگی ، کاهش انتشار کربن و استفاده مجدد از فلزات ارزشمند مانند نیکل کمک می کند. این اکتشافات جدید ابزارهای بهتری را برای آینده ای تمیزتر و سبزتر به ما می دهد.

باتری ها بسیاری از ابزارهایی را که هر روز از آنها استفاده می کنیم ، از اتومبیل های برقی گرفته تا تلفن. اما وقتی می میرند ، آنها به یک مشکل بزرگ تبدیل می شوند. باتری های قدیمی هیدرید نیکل فلزی (NI-MH) حاوی مواد سمی هستند که در صورت عدم برخورد صحیح می توانند به افراد و محیط زیست آسیب برساند.

پروفسور گونتر روپراچتر از انستیتوی مواد شیمی می گوید: “باتری های مدرن … از مؤلفه های مختلف تشکیل شده اند که باعث می شود فرآیندهای بازیافت و بازیابی از نظر فنی چالش برانگیز باشد.” او تیم تحقیق را پشت این کشف رهبری می کند. او توضیح می دهد که دور انداختن باتری ها می تواند باعث نشت شیمیایی ، آتش سوزی و آلودگی شود. این فقط یک خطر نیست – این یک فرصت از دست رفته است.

حتی اگر باتری های قدیمی زباله باشند ، اما هنوز مواد ارزشمندی دارند. به عنوان مثال ، نیکل برای ساختن باتری های جدید مهم است. در اروپا ، باتری های استفاده شده و ضایعات از کارخانه های باتری می تواند 16 ٪ از نیکل مورد نیاز را تا سال 2030 تأمین کند. این برای ساخت باتری برای 1.3 تا 2.4 میلیون وسیله نقلیه برقی هر ساله کافی خواهد بود.

اما یک صید وجود دارد. ظرفیت بازیافت در اتحادیه اروپا و انگلیس تنها حدود یک دهم آنچه برای رسیدن به این هدف لازم است است. این بدان معنی است که شکاف در حال رشد است. برای حل این مسئله ، محققان تلاش می کنند تا روشهای جدیدی برای بازیافت بهتر و سریعتر ایجاد کنند.

روش جدید با باتری متوقف نمی شود. این تیم همچنین راهی برای استفاده مجدد از چیزی به سادگی فویل آلومینیومی پیدا کرد – نوعی که در آشپزخانه خود استفاده می کنید. این فویل ، که پس از درمان ، به آلومینا (Al₂o₃) تبدیل می شود ، یک ماده مهم برای ساخت کاتالیزور است.

آنها این آلومینا را با نیکل از باتری ها ترکیب کردند تا نانوکاتالیست ها به نام Ni/η-Al₂o₃ ایجاد شوند. این کاتالیزورها حاوی 4 ٪ تا 8 ٪ نیکل هستند و به خصوص برای یک واکنش شیمیایی به نام CO₂ متانسیون کار می کنند. این روند تبدیل Co₂ و هیدروژن به گاز متان است.

این تیم از چندین ابزار با تکنولوژی بالا-پراش پرتونگاری ، میکروسکوپ الکترونی و طیف سنجی از دست دادن انرژی استفاده کرد تا از نزدیک نحوه تشکیل کاتالیزورها را بررسی کند. آنچه آنها دیدند آنها را تحت تأثیر قرار داده است: یک ساختار قوی و بی نظم با ذرات نیکل به طور مساوی پخش می شود. این مجموعه باعث شد تا کاتالیزور بسیار مؤثر باشد.

نسخه با 8 ٪ نیکل بهترین ها را انجام داد. Co₂ را با دقت 99.8 ٪ در 400 درجه سانتیگراد به متان تبدیل کرد. همچنین در هر ساعت عملکرد زمان بالایی (Sty) 80.3 میلی متر متان در هر گرم کاتالیزور داشت. به معنای ساده ، این بدان معنی است که کاتالیزور هم سریع و هم کارآمد بود.

محققان فقط کاتالیزور را ساختند بلکه آنها همچنین نحوه کار را مطالعه کردند. با استفاده از ابزارهای ویژه ای که روند کار را در زمان واقعی نظارت می کنند ، مانند Operando با کروماتوگرافی گازی و طیف سنجی جرمی ، مراحل دقیقی را مشاهده می کردند که به محض تبدیل شدن به متان.

در اینجا اتفاق می افتد: اول ، Co₂ به سطح کاتالیزور می چسبد. سپس ، به کربناتهای هیدروژن تبدیل می شود. این مولکول ها به آرامی به گروه های فرمت و متیوکسی تغییر می کنند. سرانجام ، این ترکیبات میانی تبدیل به گاز متان می شوند. این مسیر گام به گام به عنوان یک مسیر متان سازی انجمنی نامیده می شود.

درک این مسیر به دانشمندان کمک می کند تا روند را حتی بیشتر بهبود بخشند. همچنین ثابت می کند که این روش به فشار یا انرژی فوق العاده ای احتیاج ندارد. در حقیقت ، کاتالیزور در حال حاضر با فشار جوی و دمای نسبتاً کم 250 درجه سانتیگراد کار می کند ، که باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود و باعث می شود سیستم از آن ایمن تر شود.

یکی از جالب ترین بخش های پروژه ، تمرکز آن بر پایداری کامل است. کاتالیزورها اغلب با گذشت زمان از بین می روند. در صورت ایجاد کربن روی آنها می توانند از بین بروند یا از دست بدهند. اما در این حالت ، دانشمندان چنین مشکلی را ندیدند. با این وجود ، آنها برای آینده برنامه ریزی کردند.

دکتر قایشار مقبول ، اولین نویسنده این مطالعه ، توضیح می دهد: “برای بستن حلقه پایداری ، می توانید کاتالیزورهای خرج شده را دوباره به پیش سازهای اصلی خود بازیافت کنید تا مورد استفاده مجدد قرار گیرند.” این بدان معنی است که حتی وقتی کاتالیزور کار را متوقف می کند ، زباله نمی شود. این نقطه شروع یک چرخه جدید است.

این نوع حلقه همان چیزی است که کارشناسان آن را “اقتصاد دایره ای” می نامند. این بدان معنی است که ما فقط چیزها را دور نمی کنیم. درعوض ، ما آنها را مجدداً استفاده و مجدداً تصور می کنیم و محصولات جدیدی را با آسیب های زیست محیطی کمتری ایجاد می کنیم. در این حالت ، همان مواد – نیکل و آلومینیوم – می توانند به اشکال مختلف بازگردند.

دکتر Maqbool می گوید: “بازیافت یک گام مهم است ، اما حتی می توان با استفاده از نیکل را به کاتالیزورهایی که قادر به تولید سوخت هستند ، تأثیر بیشتری کسب کرد.” او معتقد است که این رویکرد می تواند نحوه تفکر ما در مورد زباله و انرژی را تغییر دهد.

تبدیل Co₂ به متان ممکن است مانند داستان های علمی به نظر برسد ، اما در حال حاضر در آزمایشگاه کار می کند. متان سوختی است که در صنایع در سراسر جهان استفاده می شود. از ذغال سنگ یا روغن تمیزتر است و می تواند در سیستم های انرژی موجود قرار بگیرد. هنگامی که به این روش تولید می شود ، کربن جدیدی را به جو اضافه نمی کند. در عوض ، این بازیافت می کند که در حال حاضر وجود دارد.

پروفسور روپپرچر موافق است: “رویکرد ما راه حلی برای مشکل آب و هوا نشان می دهد – و به گونه ای که به حل مشکل زباله های فشرده نیز کمک می کند.” او و تیمش اکنون قصد دارند روش را مقیاس کنند. اگر در مقیاس بزرگتر کار کند ، می تواند ابزاری جدید برای مبارزه با تغییرات آب و هوا و محافظت از منابع طبیعی ارائه دهد.

در حال حاضر ، جهان به روش های بهتری برای رسیدگی به زباله ، کاهش آلودگی و تولید انرژی پاک نیاز دارد. این روش جدید هر سه را ارائه می دهد. این زباله های باتری خطرناک را تبدیل می کند و از فویل به چیزی قدرتمند استفاده می شود. Co₂ را ضبط می کند و آن را به سوخت تبدیل می کند. و چرخه ای را ایجاد می کند که هیچ چیز به هدر نمی رود.

بازیافت بهتر می تواند تفاوت زیادی در عرضه فلزات بحرانی ایجاد کند. با ایجاد ابزارهای با کارایی بالا که از انرژی پاک پشتیبانی می کنند ، می توان به سرعت دوچرخه سواری اضافه کرد. و بستن حلقه به معنای آلودگی کمتر ، راندمان بیشتر و آینده ای است که زباله ها به یک منبع با ارزش تبدیل می شوند.

دانشمندان معتقدند که این تنها آغاز است. اگر صنعت و دولتها در این روشهای جدید سرمایه گذاری کنند ، این مزایا می تواند بسیار زیاد باشد – نه فقط برای محیط زیست بلکه برای اقتصاد.