محققان در شرکت دانش بنیان مهام تجهیزات پارلا، واقع در پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، موفق شدند با طراحی سیستمی سبز، گاز گلخانه‌ای دی اکسید کربن را به نانوذرات کربنات کلسیم با ارزش افزوده تبدیل کنند. یکی از مهمترین مزیت‌های این طرح، امکان اجرای آن تحت شرایط محیطی واقعی و نه در شرایط شبیه سازی شده آزمایشگاهی است. همچنین به مواد و تجهیزات پیچیده‌ای برای پیاده سازی آن نیاز نخواهد بود.
تبدیل آلاینده جوی CO2 به نانوبیومواد با ارزش افزوده بالا
همه روزه حجم چشمگیری از سوخت‌های فسیلی نظیر بنزین، گاز و ذغال سنگ به‌واسطه فعالیت‌های صنعتی و غیرصنعتی بشر می‌سوزند یا به عبارتی سوزانده می‌شوند تا شاید تقاضای انرژی روزافزون جهانی را تأمین نمایند. ملموس‌ترین و مستقیم‌ترین اثر مصرف سوخت‌های فسیلی نشر سالانه بیش از ۳۰ میلیارد تن دی اکسید کربن (CO2) در جو است که متأسفانه همه ساله بر این حجم افزوده می‌شود. از طرفی تشعشعات CO2 به عنوان اصلی‌ترین عامل فاجعه‌ی گرمایش زمین و متعاقباً تغییرات آب و هوایی و در معرض خطر قرار گرفتن حیات زمین و ساکنان آن شناخته شده‌است.
به گفته‌ی محمد کریمی- دکترای مهندسی نانوتکنولوژی- نانوبیومتریال- یکی از راهکارهای پیش رو جهت مقابله با این آلودگی‌ها، جایگزینی سوخت‌های فسیلی با منابع انرژی تجدید پذیر است. اما نکته اساسی این است که این منابع در چشم انداز کوتاه تا میان مدت به هیچ وجه پاسخگوی نیاز انرژی بشر نخواهند بود.
وی در ادامه عنوان کرد: «با توجه به مطالب بیان شده، خلق فناوری‌هایی که به کاهش، حذف و یا حتی تبدیل تشعشعات CO2 به مواد با ارزش افزوده بالا (به بیان ساده خلق ثروت از آلاینده) می‌انجامند، از اهمیت و ارزش والایی برخوردار خواهند بود. روش‌های تبدیل مواد سمی به مواد کاربردی، مسلماً نقشی تعیین کننده در توسعه پایدار جوامع بشری از هر دو منظر زیست محیطی و اقتصادی خواهند داشت.»
کریمی در خصوص کار انجام شده در این تیم تحقیقاتی توضیح داد: «این طرح مفهوم و چشم انداز جدیدی را مطرح می‌کند که به واسطه آن می‌توان اثبات نمود که گازهای سمی و مضر گلخانه‌ای نظیر CO2 را نه تنها می‌توان جذب نمود و به دام انداخت، بلکه می‌توان از آن‌ها به عنوان پیش ماده‌ای برای ساخت مواد پرکاربرد مهندسی نظیر نانومواد یا بیومواد بهره گرفت. در واقع، این طرح به ارائه یک روش سازگار با محیط زیست در جهت به‌دام اندازی، جذب و تبدیل همزمان و تک مرحله‌ای آلاینده CO2 به مواد با ارزش مهندسی از جمله نانوذرات کلسیم کربنات می‌پردازد.»
به گفته‌ی این محقق، مهمترین بخش نتایج، خلق و طراحی سیستمی سبز و دوستدار محیط زیست است که قابلیت به‌دام اندازی و تبدیل مواد آلاینده جوی را تحت شرایط محیطی واقعی داراست. مقرون به صرفگی، عدم نیاز به تجهیزات و مواد اولیه‌ی پیچیده و پیشرفته و راندمان بالا از دیگر ویژگی‌های روش ارائه شده است.
کریمی مقیاس پذیری (پتانسیل بالا برای عملیاتی شدن در مقیاس بزرگ)، قابلیت جابجایی(Mobility) و استحصال ثروت از منابع آلاینده ضمن کنترل و بی خطرسازی آن‌ها را از دیگر وجوه نوآوری و تمایز طرح حاضر دانست و افزود: «برآورد می‌شود که پیاده سازی این طرح در مقیاس بزرگ و صنعتی با چالش چندانی مواجه نباشد. با این وجود، برای اجرا در مقیاس بزرگ لازم است که تجهیزات عملیاتی در مقیاس صنعتی طراحی و ساخته شوند.»
همانطور که اشاره شد، امروزه موضوع آلاینده‌های زیست محیطی، از جمله CO2 به عنوان یکی از چالش‌های پیش روی گسترش بسیاری از صنایع اهم از شیمیایی و غیرشیمیایی است. بنابراین، طیف گسترده‌ای از صنایع می‌توانند از نتایج طرح حاضر بهره‌مند شوند.
کریمی در خصوص جنبه اقتصادی این طرح این عنوان کرد: «محصول طرح در این مرحله نانوذرات کلسیم کربنات است که نمونه‌ی بالک آن سالانه بالغ بر چند ده هزار تن از آن در کشور در صنایع مختلف از جمله رنگ سازی، کاغذ سازی، لعاب سازی، پزشکی، داروسازی و … مصرف می‌شود. قیمت تمام شده محصول نانوکلسیم کربنات در مقیاس حاضر کمتر از ۱۵۰۰ ریال در هر گرم است. نظر به قابلیت بازیابی سیستم طراحی شده برای جذب و تبدیل CO2، عدم نیاز به تجهیزات پیشرفته و پیچیده و نیز استفاده از مواد آلاینده به عنوان پیش ماده، پیش بینی می‌شود که بتوان محصول را با قیمت بسیار نازل در مقیاس صنعتی تولید نمود.»
گفتنی است در این طرح از آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، پراش پرتو X، طیف سنجی مادون قرمز و پراکندگی اشعه X برای شناسایی و سنجش نانومقیاس بودن محصول استفاده شده است.
در سیستم طراحی شده، کلیه مراحل فرآیند در یک سیستم اصطلاحاً تک- ظرف (فرآوری درجا) انجام خواهد شد که بر پایه‌ی سیستم یوتکتیک، بر پایه کلریدهای فلزی، است. سیستم یوتکتیک به عنوان یک سیستم جامع، هم به عنوان حلال و هم واکنشگر و جاذب و به‌دام اندازنده‌ی دی اکسید کربن عمل می‌کند، به طوری که شرایط لازم را برای جذب دی اکسید کربن جو (حتی در غلظت های پایین) و سپس تبدیل آن به رسوبات نانومقیاس فرآهم می‌سازد.
این طرح نتیجه تلاش‌های محمد کریمی- دکترای مهندسی نانوتکنولوژی-نانوبیومتریال- و همکارانشان از شرکت دانش بنیان مهام تجهیزات پارلا است. نتایج این کار در مجله‌ی Journal of Environmental Management با ضریب تأثیر ۴/۰۱ (جلد ۲۰۶، سال ۲۰۱۸، صفحات ۵۱۶ تا ۵۲۲) منتشر شده است.
به گفته‌ی محمد کریمی- دکترای مهندسی نانوتکنولوژی- نانوبیومتریال- یکی از راهکارهای پیش رو جهت مقابله با این آلودگی‌ها، جایگزینی سوخت‌های فسیلی با منابع انرژی تجدید پذیر است. اما نکته اساسی این است که این منابع در چشم انداز کوتاه تا میان مدت به هیچ وجه پاسخگوی نیاز انرژی بشر نخواهند بود.
وی در ادامه عنوان کرد: «با توجه به مطالب بیان شده، خلق فناوری‌هایی که به کاهش، حذف و یا حتی تبدیل تشعشعات CO2 به مواد با ارزش افزوده بالا (به بیان ساده خلق ثروت از آلاینده) می‌انجامند، از اهمیت و ارزش والایی برخوردار خواهند بود. روش‌های تبدیل مواد سمی به مواد کاربردی، مسلماً نقشی تعیین کننده در توسعه پایدار جوامع بشری از هر دو منظر زیست محیطی و اقتصادی خواهند داشت.»
کریمی در خصوص کار انجام شده در این تیم تحقیقاتی توضیح داد: «این طرح مفهوم و چشم انداز جدیدی را مطرح می‌کند که به واسطه آن می‌توان اثبات نمود که گازهای سمی و مضر گلخانه‌ای نظیر CO2 را نه تنها می‌توان جذب نمود و به دام انداخت، بلکه می‌توان از آن‌ها به عنوان پیش ماده‌ای برای ساخت مواد پرکاربرد مهندسی نظیر نانومواد یا بیومواد بهره گرفت. در واقع، این طرح به ارائه یک روش سازگار با محیط زیست در جهت به‌دام اندازی، جذب و تبدیل همزمان و تک مرحله‌ای آلاینده CO2 به مواد با ارزش مهندسی از جمله نانوذرات کلسیم کربنات می‌پردازد.»
به گفته‌ی این محقق، مهمترین بخش نتایج، خلق و طراحی سیستمی سبز و دوستدار محیط زیست است که قابلیت به‌دام اندازی و تبدیل مواد آلاینده جوی را تحت شرایط محیطی واقعی داراست. مقرون به صرفگی، عدم نیاز به تجهیزات و مواد اولیه‌ی پیچیده و پیشرفته و راندمان بالا از دیگر ویژگی‌های روش ارائه شده است.
کریمی مقیاس پذیری (پتانسیل بالا برای عملیاتی شدن در مقیاس بزرگ)، قابلیت جابجایی(Mobility) و استحصال ثروت از منابع آلاینده ضمن کنترل و بی خطرسازی آن‌ها را از دیگر وجوه نوآوری و تمایز طرح حاضر دانست و افزود: «برآورد می‌شود که پیاده سازی این طرح در مقیاس بزرگ و صنعتی با چالش چندانی مواجه نباشد. با این وجود، برای اجرا در مقیاس بزرگ لازم است که تجهیزات عملیاتی در مقیاس صنعتی طراحی و ساخته شوند.»
همانطور که اشاره شد، امروزه موضوع آلاینده‌های زیست محیطی، از جمله CO2 به عنوان یکی از چالش‌های پیش روی گسترش بسیاری از صنایع اهم از شیمیایی و غیرشیمیایی است. بنابراین، طیف گسترده‌ای از صنایع می‌توانند از نتایج طرح حاضر بهره‌مند شوند.
کریمی در خصوص جنبه اقتصادی این طرح این عنوان کرد: «محصول طرح در این مرحله نانوذرات کلسیم کربنات است که نمونه‌ی بالک آن سالانه بالغ بر چند ده هزار تن از آن در کشور در صنایع مختلف از جمله رنگ سازی، کاغذ سازی، لعاب سازی، پزشکی، داروسازی و … مصرف می‌شود. قیمت تمام شده محصول نانوکلسیم کربنات در مقیاس حاضر کمتر از ۱۵۰۰ ریال در هر گرم است. نظر به قابلیت بازیابی سیستم طراحی شده برای جذب و تبدیل CO2، عدم نیاز به تجهیزات پیشرفته و پیچیده و نیز استفاده از مواد آلاینده به عنوان پیش ماده، پیش بینی می‌شود که بتوان محصول را با قیمت بسیار نازل در مقیاس صنعتی تولید نمود.»
گفتنی است در این طرح از آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، پراش پرتو X، طیف سنجی مادون قرمز و پراکندگی اشعه X برای شناسایی و سنجش نانومقیاس بودن محصول استفاده شده است.
در سیستم طراحی شده، کلیه مراحل فرآیند در یک سیستم اصطلاحاً تک- ظرف (فرآوری درجا) انجام خواهد شد که بر پایه‌ی سیستم یوتکتیک، بر پایه کلریدهای فلزی، است. سیستم یوتکتیک به عنوان یک سیستم جامع، هم به عنوان حلال و هم واکنشگر و جاذب و به‌دام اندازنده‌ی دی اکسید کربن عمل می‌کند، به طوری که شرایط لازم را برای جذب دی اکسید کربن جو (حتی در غلظت های پایین) و سپس تبدیل آن به رسوبات نانومقیاس فرآهم می‌سازد.
این طرح نتیجه تلاش‌های محمد کریمی- دکترای مهندسی نانوتکنولوژی-نانوبیومتریال- و همکارانشان از شرکت دانش بنیان مهام تجهیزات پارلا است. نتایج این کار در مجله‌ی Journal of Environmental Management با ضریب تأثیر ۴/۰۱ (جلد ۲۰۶، سال ۲۰۱۸، صفحات ۵۱۶ تا ۵۲۲) منتشر شده است.
