پژوهشگران دانشگاه گیلان در تحقیقات خود نانوذراتی را سنتز کرده‌اند که می‌توانند در فرایند تولید گاز هیدروژن از منابع غیرفسیلی، به عنوان کاتالیست عمل کنند. این نانوذرات کمک می‌کنند که شرایط فرایند تولید هیدروژن را بهینه‌تر شده و مصرف انرژی کمتر می‌کنند. از هیدروژن می‌توان به عنوان سوخت پاک در صنایع پتروشیمی و پالایشگاه، نیروگاه برق و صنایع غذایی استفاده کرد.
تولید گاز هیدروژن از منابع غیرفسیلی در حضور نانوذرات
هیدروژن به عنوان یکی از امیدوار کننده ترین منابع انرژی پاک محسوب می‌شود. اهمیت این گاز به اندازه‌ای است که آن را سوخت قرن آینده می‌دانند. هیدروژن که راندمان احتراق بالایی دارد، برای سوختن تنها به اکسیژن نیازمند بوده و تک محصول آن آب است. لذا زمانی که به عنوان سوخت در موتورها استفاده شود، آلایندگی نداشته و می‌تواند مقدار گاز گلخانه‌ای را کاهش دهد. با وجود تمامی مزایای ذکر شده، به منظور استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت، محدودیت‌هایی در مراحل تولید، ذخیره‌سازی و انتقال آن وجود دارد.
به گفته‌ی دکتر محمدحسن لقمانی، عضو هیأت علمی دانشگاه گیلان، گاز هیدروژن را می‌توان از دو منبع فسیلی (اکسایش جزئی نفت سنگین، فرایند رفورمینگ گاز طبیعی) و غیر فسیلی تولید کرد. اما منابع فسیلی محدود و تجدید ناپذیرند. با این وجود، درحال حاضر ٩٨ درصد از کل هیدروژن تولید شده در جهان، از سوخت‌های فسیلی به دست می‌آید. هدف از انجام این طرح، تولید درجای گاز هیدروژن از منبع غیرفسیلی بوده است.
وی در ادامه افزود: «برای دستیابی به این هدف نانوذرات مس-آهن بر پایه بور سنتز شدند تا با توجه به فعالیت کاتالیزوری خوب بتوان از آن‌ها در فرایند هیدرولیز کاتالیزوری سدیم بوروهیدرید به منظور تولید هیدروژن، به عنوان کاتالیست استفاده کرد. این نانوذرات از قیمت ارزان و روش تهیه‌ی ساده‌ای برخوردارند.»
طبق نتایج به دست آمده در حضور نانوکاتالیست‌های سنتز شده، بازده تولید گاز هیدروژن افزایش بسیار چشمگیری داشته است. همچنین بعد از اتمام فرایند، تغییری در ساختار فازی نانوکاتالیست‌ها ایجاد نشده و حتی بعد از چهار مرحله استفاده همچنان ۸۰ درصد توانایی اولیه‌ی خود را حفظ می‌کنند.
لقمانی در مقایسه‌ی سایر روش‌های تولید سوخت هیدروژن با روش به کار رفته در این طرح گفت: « تقریباً اکثر روش‌های وابسته به منابع غیر فسیلی( همچون روش‌های فتوالکتروشیمیایی، بیوشیمیایی، و برقکافت آب) نیازمند مصرف نوع دیگری از انرژی مانند برق، گرما و نور جهت تولید گاز هیدروژن هستند. بنابراین ضمن در نظر گرفتن منبع غیرفسیلی، استفاده از حداقل انرژی جهت تولید بهینه و ملایم بودن شرایط تولید گاز، باید لحاظ شود. در این طرح با استفاده از نانوکاتالیست‌های سنتز شده تولید گاز هیدروژن در دمای اتاق و با راندمان بالا محقق شد.»
این محقق در خصوص کاربردهای گاز هیدروژن عنوان کرد: «استفاده از گاز هیدروژن محدود به پالایشگاه‌ها و صنایع عظیم پتروشیمی نیست. این گاز در صنایع غذایی، تهیه‌ی پلاستیک، پلی استر و نایلون، فرآیند هیدروژنه کردن روغن‌های خوراکی، در نیروگاه‌های برق به عنوان خنک کننده‌ی ژنراتورها، فرایند تولید آمونیاک، مواد شوینده، داروسازی‌ها و صنایع چسب نیز کاربرد دارد.»
در این طرح، اثر عوامل پایدارساز مختلف با نسبت‌های مولی متفاوت، بر اندازه و ساختار نانوذرات مس-آهن و همچنین فعالیت کاتالیزوری آن مورد بررسی قرار گرفته است. از دیگر موارد بررسی شده، اثر دما بر اندازه‌ی نانوذرات بوده است. در ادامه این کاتالیست‌ها در فرایند هیدرولیز سدیم بوروهیدرید و تولید گاز هیدروژن استفاده شده و پایداری نانوکاتالیست‌ها بعد از پایان فرایند تولید گاز هیدروژن مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین از آزمون‌های XRD, FE-SEM, TEM, BET و ICP جهت بررسی نتایج قسمت‌های مختلف استفاده شده است.
لقمانی در پایان خاطرنشان کرد: «سدیم بوروهیدرید حدود ۱۰ درصد وزنی خود، دارای ذخیره‌ی هیدروژن است. این ماده در شرایط بی‌اثر تا دمای ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد پایدار است. اما در حضور یک حلال پروتونی (آب و متانول) به طور پیوسته از طریق مکانیسم حلال‌پوشی گاز هیدروژن تولید می‌کند. واکنش هیدرولیز(آبکافت) سدیم بوروهیدرید یک واکنش گرمازاست و بعد از آزاد سازی هیدروژن ، ماده‌ی بوراکس تولید می‌شود. بوراکس یک ماده‌ی افزودنی صابون و عوامل شوینده و نسبتاً غیر‌سمی است. این ماده همچنین می‌تواند با جذب هیدروژن توسط روش‌های متفاوت، مجدداً سوخت بوروهیدرید تولید کند.»
دکتر محمد حسن لقمانی، پروفسور عبدالله فلاح شجاعی، اعضای هیأت علمی دانشگاه گیلان، و مرتضی خاکزاد، دانش‌آموخته‌ی کارشناسی ارشد شیمی معدنی دانشگاه گیلان، در انجام این طرح همکاری داشته‌اند. نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Energy با ضریب تأثیر ۴/۵۲۹ (جلد ۱۲۶، سال ۲۰۱۷، صفحات ۸۳۰ تا ۸۴۰) چاپ شده است.
به گفته‌ی دکتر محمدحسن لقمانی، عضو هیأت علمی دانشگاه گیلان، گاز هیدروژن را می‌توان از دو منبع فسیلی (اکسایش جزئی نفت سنگین، فرایند رفورمینگ گاز طبیعی) و غیر فسیلی تولید کرد. اما منابع فسیلی محدود و تجدید ناپذیرند. با این وجود، درحال حاضر ٩٨ درصد از کل هیدروژن تولید شده در جهان، از سوخت‌های فسیلی به دست می‌آید. هدف از انجام این طرح، تولید درجای گاز هیدروژن از منبع غیرفسیلی بوده است.
وی در ادامه افزود: «برای دستیابی به این هدف نانوذرات مس-آهن بر پایه بور سنتز شدند تا با توجه به فعالیت کاتالیزوری خوب بتوان از آن‌ها در فرایند هیدرولیز کاتالیزوری سدیم بوروهیدرید به منظور تولید هیدروژن، به عنوان کاتالیست استفاده کرد. این نانوذرات از قیمت ارزان و روش تهیه‌ی ساده‌ای برخوردارند.»
طبق نتایج به دست آمده در حضور نانوکاتالیست‌های سنتز شده، بازده تولید گاز هیدروژن افزایش بسیار چشمگیری داشته است. همچنین بعد از اتمام فرایند، تغییری در ساختار فازی نانوکاتالیست‌ها ایجاد نشده و حتی بعد از چهار مرحله استفاده همچنان ۸۰ درصد توانایی اولیه‌ی خود را حفظ می‌کنند.
لقمانی در مقایسه‌ی سایر روش‌های تولید سوخت هیدروژن با روش به کار رفته در این طرح گفت: « تقریباً اکثر روش‌های وابسته به منابع غیر فسیلی( همچون روش‌های فتوالکتروشیمیایی، بیوشیمیایی، و برقکافت آب) نیازمند مصرف نوع دیگری از انرژی مانند برق، گرما و نور جهت تولید گاز هیدروژن هستند. بنابراین ضمن در نظر گرفتن منبع غیرفسیلی، استفاده از حداقل انرژی جهت تولید بهینه و ملایم بودن شرایط تولید گاز، باید لحاظ شود. در این طرح با استفاده از نانوکاتالیست‌های سنتز شده تولید گاز هیدروژن در دمای اتاق و با راندمان بالا محقق شد.»
این محقق در خصوص کاربردهای گاز هیدروژن عنوان کرد: «استفاده از گاز هیدروژن محدود به پالایشگاه‌ها و صنایع عظیم پتروشیمی نیست. این گاز در صنایع غذایی، تهیه‌ی پلاستیک، پلی استر و نایلون، فرآیند هیدروژنه کردن روغن‌های خوراکی، در نیروگاه‌های برق به عنوان خنک کننده‌ی ژنراتورها، فرایند تولید آمونیاک، مواد شوینده، داروسازی‌ها و صنایع چسب نیز کاربرد دارد.»
در این طرح، اثر عوامل پایدارساز مختلف با نسبت‌های مولی متفاوت، بر اندازه و ساختار نانوذرات مس-آهن و همچنین فعالیت کاتالیزوری آن مورد بررسی قرار گرفته است. از دیگر موارد بررسی شده، اثر دما بر اندازه‌ی نانوذرات بوده است. در ادامه این کاتالیست‌ها در فرایند هیدرولیز سدیم بوروهیدرید و تولید گاز هیدروژن استفاده شده و پایداری نانوکاتالیست‌ها بعد از پایان فرایند تولید گاز هیدروژن مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین از آزمون‌های XRD, FE-SEM, TEM, BET و ICP جهت بررسی نتایج قسمت‌های مختلف استفاده شده است.
لقمانی در پایان خاطرنشان کرد: «سدیم بوروهیدرید حدود ۱۰ درصد وزنی خود، دارای ذخیره‌ی هیدروژن است. این ماده در شرایط بی‌اثر تا دمای ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد پایدار است. اما در حضور یک حلال پروتونی (آب و متانول) به طور پیوسته از طریق مکانیسم حلال‌پوشی گاز هیدروژن تولید می‌کند. واکنش هیدرولیز(آبکافت) سدیم بوروهیدرید یک واکنش گرمازاست و بعد از آزاد سازی هیدروژن ، ماده‌ی بوراکس تولید می‌شود. بوراکس یک ماده‌ی افزودنی صابون و عوامل شوینده و نسبتاً غیر‌سمی است. این ماده همچنین می‌تواند با جذب هیدروژن توسط روش‌های متفاوت، مجدداً سوخت بوروهیدرید تولید کند.»
دکتر محمد حسن لقمانی، پروفسور عبدالله فلاح شجاعی، اعضای هیأت علمی دانشگاه گیلان، و مرتضی خاکزاد، دانش‌آموخته‌ی کارشناسی ارشد شیمی معدنی دانشگاه گیلان، در انجام این طرح همکاری داشته‌اند. نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Energy با ضریب تأثیر ۴/۵۲۹ (جلد ۱۲۶، سال ۲۰۱۷، صفحات ۸۳۰ تا ۸۴۰) چاپ شده است.
