استفاده از الكتريسيته و دي اكسيد كربن براي توليد سوخت هاي جايگزين

بی شک تصور اين مساله كه از الكتريسيته براي به حركت درآوردن خودرویی که در پایه مدل الکتریکی نباشد، بسیار جالب توجه است. محققان دانشكده مهندسي و علوم كاربردي دانشگاه "UCLA"(آمریکا) براي اولين بار روشي را براي تبديل دي اكسيد كربن به سوخت مايع "ايزوبوتانول" با استفاده از الكتريسيته به كار گرفته اند.

به گزارش زيست نيوز، به رغم پيشرفت هاي چشمگير صورت گرفته در زمينه هاي مختلف علم و فناوري، همچنان ذخيره كارآمد انرژي الكتريكي توليد شده از روش هاي مختلف كار دشواري است. به عنوان مثال باتري هاي شيميايي و پمپ هاي هيدروليك با مشكل ظرفيت ذخيره پايين انرژي باتري ها و يا ناهماهنگي با زيرساخت هاي حمل و نقل فعلي مواجه هستند.

در مطالعه اي كه اخيرا در نشريه علمي "ساينس" به چاپ رسيده، "جيمز ليائو" استاد مهندسي شيمي در دانشگاه "UCLA" به همراه تيم تحقيقاتي خود، روشي را براي ذخيره انرژي الكتريكي به صورت انرژي شيميايي در الكل هايي با درجه الكلي بالاتر كه مي توانند به عنوان سوخت هاي مايع در بخش حمل ونقل مورد استفاده قرار گيرند، ارائه كرده اند.

به گفته ليائو، امروزه ذخيره الكتريسيته در باتري هاي ليتيوم يون انجام مي گيرد كه از چگالي پائيني برخوردارند، اما زماني كه الكتريسيته را در سوخت مايع ذخيره مي كنيد، چگالي آن به طور چشمگيري افزايش پيدا مي كند. علاوه بر اين، بدون نياز به تغيير در زيرساخت هاي بخش حمل و نقل فعلي مي توان پتانسيل استفاده از الكتريسيته به عنوان سوخت در اين بخش را افزايش داد.

ليائو و تيم تحقيقاتيش، يك ميكرو ارگانيسم "ليتو اتو تروفيك" به نام "رالستونيا يوتروفا H16" را تكثير كرده تا براي توليد ايزوبوتانول و 3-متيل-1-بوتانول در يك راكتور زيستي-الكتريكي كه از دي اكسيد كربن به عنوان منبع بهره برده و انرژي خروجي آن الكتريسيته است، استفاده كنند.

"فتوسنتز" فرآيندي است كه در آن "انرژي نوري" به "انرژي شيميايي" تبديل شده و در پيوندهاي قندي ذخيره مي شود. اين فرآيند در دو قسمت "واكنش هاي نوري" و "واكنش هاي تاريكي" انجام مي شود. در واكنش هاي نوري دسترسي مستقيم به نور نياز بوده اما در واكنش هاي تاريكي اين مساله الزامي نيست و در آن دي اكسيد كربن به پيوندهاي قندي تبديل مي شود.

تيم تحقيقاتي ليائو موفق شده تا روند اين دو واكنش را از يكديگر جدا كرده و به جاي استفاده از فتوسنتز بيولوژيكي، از پنل هاي خورشيدي براي تبديل انرژي نور خورشيد به انرژي الكتريكي و پس از آن با استفاده از يك واسطه شيميايي براي "تثبيت دي اكسيد كربن" در راستای توليد سوخت استفاده كنند. اين روش حتي مي تواند از يك سيستم بيولوژيكي نيز كارآمدتر باشد.

به اعتقاد ليائو، در سيستم هاي بيولوژيكي، گياهان مورد استفاده به فضاي وسيعي نيازمند هستند اما چون در اين روش جديد به صورت همزمان به دو قسمت واكنش هاي نوري و تاريكي فتوسنتز نياز نيست، مي توان پنل هاي خورشيدي را در بيابان و يا حتي سقف ساختمان ها نيز نصب كرد.

ليائو توضيح داده است كه از نظر تئوري، هيدروژن توليدي توسط الكتريسيته خورشيدي مي تواند فرایند تبديل دي اكسيد كربن در ميكرو ارگانيسم هاي ليتو اتو تروفيك را انجام دهد. اما انحلال پذيري كم، ميزان انتقال انبوه پايين و جنبه هاي ايمني استفاده از هيدروژن را محدود كرده اند. از اين رو، تيم ليائو "اسيد فرميك" را به عنوان جايگزيني مناسب و حامل انرژي كارآمدتر نسبت به آن مورد استفاده قرار داده اند.

ليائو به اين نكته اشاره داشته كه آنها از الكتريسيته براي توليد اسيد فرميك بهره برده و سپس از آن براي تثبيت دي اكسيد كربن در باكتري طي واكنشهاي تاريكي براي توليد ايزوبوتانول استفاده كرده اند.

توليد نمك الكتروشيميايي، تثبيت دي اكسيد كربن بيولوژيكي و سنتز الكل هايي با درجه الكلي بالاتر، امكان تغيير زيستي-الكتريكي دي اكسيد كربن به گستره اي از مواد شيميايي را فراهم كرده است. علاوه بر اين، تبديل نمك اسيد فرميك به سوخت مايع مي تواند نقش مهمي در فرآيند پالايش زيستي و توليد سوخت هاي پاك ايفا كند.