پژوهشگران دانشگاه کاشان در تحقیقات آزمایشگاهی خود به دانش ساخت میکرورآکتورهایی دست‌یافته‌اند که می‌توان به کمک آن هیدروژن ناخالص تولیدشده در مراکز صنعتی از جمله پالایشگاه و پتروشیمی‌ها را تصفیه کرد. این میکرورآکتورها که از فناوری نانو بهره می‌برند را می‌توان جایگزین خوبی برای رآکتورهای حجیم کنونی دانست.
ساخت میکرورآکتورهای نانوساختار برای خالص‌سازی گاز هیدروژن
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 و وسیله‌ای که با بازدهی بالا و آلایندگی نزدیک به صفر می‌تواند هیدروژن را به برق مورد استفاده در کاربردهای نیروگاهی، خودرو و … تبدیل نماید، «پیل سوختی» نام دارد. با توجه به مزیت‌هایی که هیدروژن نسبت به سوخت‌های دیگر دارد، شاید بتوان ادعا کرد که «عصر آینده، عصر هیدروژن خواهد بود».
دکتر عبداله ایرانخواه ضمن اشاره به ضرورت خالص‌سازی گاز هیدروژن پیش از استفاده از آن به‌عنوان خوراک پیل سوختی، در خصوص اقدامات صورت گرفته در این طرح گفت: «پیل سوختی وسیله‌ای است که انرژی شیمیایی را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. هیدروژن مورد استفاده به‌عنوان خوراک در پیل‌های سوختی می‌بایست خالص‌سازی شود. خالص‌سازی هیدروژن در سامانه‌ی فراورش سوخت در دو مرحله انجام می‌شود که معمولاً حدود ۵۰ درصد حجم سامانه را اشغال می‌نماید. بنابراین استفاده از یک فرایند جایگزین به‌منظور کاهش حجم سامانه حائز اهمیت خواهد بود. در تحقیق حاضر، که در ادامه‌ی تحقیقات گذشته صورت گرفته است، فرایند خالص‌سازی دومرحله‌ای با یک فرایند تک‌مرحله‌ای جایگزین شده است. در این راستا، یک میکرورآکتور نانوساختار طراحی شده که عضو اصلی فرایند تک‌مرحله‌ای خالص‌سازی هیدروژن خواهد بود.»
به گفته‌ی این محقق با جایگزینی سامانه‌های رایج با سامانه‌ی میکرورآکتوری طراحی‌شده در این طرح، هم فضای اشغال شده و هم هزینه‌های مربوط به فرآیند کاهش چشمگیری خواهد داشت.
خالص‌سازی هیدروژن در سامانه‌ی فراورش سوخت طی دو مرحله‌ی دمابالا (۳۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد) و دماپایین (۲۰۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد) انجام می‌شود که بیش از ۵۰ درصد این سامانه را اشغال می‌نماید. نتایج به‌دست‌آمده در طرح حاضر موجب خواهد شد تا حجم عظیم رآکتوری دومرحله‌ای واکنش انتقال آب-گاز با یک مرحله با دمای متوسط جایگزین شود. در این فرایند تک‌مرحله‌ای از یک نانوکاتالیست جدید به‌جای کاتالیست های 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 بگیرد.
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 ۳۰۰ تا ۳۹۰ درجه‌ی سانتی‌گراد فعالیت بسیار خوبی از خود نشان داده است. مورفولوژی لایه‌ی کاتالیستی با استفاده از روش پراش اشعه‌ی ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری سه‌بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین عملکرد میکرورآکتور ساخته شده از حیث حذف گاز کربن مونواکسید از هیدروژن نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به این مطلب که هدف از این تحقیق دست‌یابی به بهترین پوشش کاتالیستی جهت به دست آوردن بالاترین میزان فعالیت واکنشی بوده است، در این تحقیق به بررسی تأثیر پارامترهای مهم فرایند الکتروفورتیکی یعنی زمان و ولتاژ اعمالی بر پوشش کاتالیستی پرداخته شده است.»
با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، در شرایط بهینه میزان تبدیل مونواکسید کربن ۹۳ درصد بوده است.
این تحقیقات حاصل تلاشهای دکتر عبداله ایرانخواه – عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان و مهسا بازدار-دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد این دانشگاه است. نتایج این کار در مجلهی Energy & Fuels با ضریب تأثیر ۳٫۹۱ (جلد ۳۱، شماره‌ی ۷، سال ۲۰۱۷، صفحات ۷۶۲۴ تا ۷۶۳۴) منتشر شده است.
