کربن تغییریافته می‌تواند راهکار جدیدی به‌سمت تولیدات پایدار آینده باشد

پژوهشگران دانشکده مهندسی دانشگاه واشینگتن در سنت لوئیس یک فرایند دومرحله‌ای اختراع کرده‌اند که دی‌اکسیدکربن را به مواد ارزشمند کربنی تبدیل می‌کند. از این کربن تغییریافته می‌توان در صنایع غذایی، پلاستیک و دیگر کالاهای مبتنی بر مواد شیمیایی استفاده کرد.

طبق مقاله منتشرشده در ژورنال Nature Chemical Engineering، این فرایند الکترولیز دومرحله‌ای دی‌اکسیدکربن می‌تواند استات و اتیلن تولید کند. استات از مواد نزدیک به استیک اسید یا سرکه است که می‌توان از آن در محصولات مبتنی بر فرآوری‌های زیستی استفاده کرد. اتیلن نیز یکی از ترکیبات پرکاربرد در پلاستیک‌ها و دیگر پلیمرها است.

این الکترولایزر دومرحله‌ای در‌حال‌حاضر می‌تواند روزانه یک کیلوگرم کربن تغییریافته با غلظت و خلوص بالا تولید کند. این عدد ۱٬۰۰۰ درصد از تلاش‌های قبلی بیشتر است. ازاین‌رو، پژوهشگران می‌گویند اختراع آن‌ها می‌تواند به مقیاس صنعتی برسد و تبدیل به یک فناوری تجاری شود.

همچنان راه زیادی باقی مانده است تا این فناوری بتواند به یک راه‌حل مناسب برای مقابله با گرمایش جهانی تبدیل شود، اما این دستاورد یک قدم مهم در افزایش مقیاس است. چالش‌های مقیاس بزرگ فقط به اندازه سیستم مربوط نمی‌شوند. مهندسان باید بتوانند راهی پیدا کنند که در آن محصولات از هم جدا شوند. همچنین ملاحظات مربوط به دما و حمل‌ونقل نیز باید درنظر گرفته شوند تا عملکرد این فناوری مختل نگردد.

فناوری کربن تغییریافته

کار فعلی پژوهشگران بر اساس پیشرفت‌های مقیاس کوچک قبلی در زمینه الکترولیز دی‌اکسیدکربن بود. فناوری دومرحله‌ای آن‌ها درواقع از یک الکترولایزر دی‌اکسیدکربن و یک الکترولایزر مونوکسیدکربن (CO) تشکیل شده است. این دو رآکتور الکتروشیمیایی به نوبت کار می‌کنند: ابتدا CO₂ به CO و سپس CO به محصولات چندکربنی تبدیل می‌شود.

وجود دو مرحله باعث می‌شود که سیستم در تولید مواد خاص کارایی بالایی داشته باشد. پژوهشگران توانستند برای بیش از ۱۲۵ ساعت این سیستم را فعال نگه دارند که نشان از پایداری آن دارد. در این زمان، ۹۸ لیتر استات با غلظت بالا و خلوص ۹۶ درصد تولید شد.

علاوه‌بر راندمان بالا در تولید، این سیستم می‌تواند در مواجهه با آلودگی‌های صنعتی نیز انعطاف خود را حفظ کند. این یک ویژگی مهم در کاربردهای واقعی و مقیاس‌های بزرگ است؛ زیرا تضمین می‌کند که سیستم می‌تواند در برابر چالش‌های یک محیط صنعتی، عملکرد خود را حفظ کند.

افزایش قیمت مواد غذایی در صنایع باعث شده تا قیمت بسیاری از مواد اولیه محصولات مبتنی بر فناوری‌های زیستی افزایش پیدا کند؛ مثلاً شکری که میکروب‌ها در این فرایندها نیاز دارند. فناوری کربن تغییریافته می‌تواند قیمت این محصولات را کاهش دهد. همچنین دی‌اکسیدکربن آزادشده در فرایندهای تولید شکر نیز حذف خواهد شد.

علاوه‌بر‌این، کارخانه‌ها می‌توانند یک چرخه دی‌اکسیدکربن بسته ایجاد کنند. یعنی مثلاً با به‌دام‌انداختن کربن تولیدشده توسط میکروب‌ها، از آن شکر بسازند و این شکر را دوباره برای تغذیه به میکروب‌های نسل بعد بدهند.