تبدیل «مواد شیمیایی پایدار» به منابع تجدیدپذیر با کمک امواج صوتی

تاریخ انتشار: ۱۶ اردیبهشت ۱۴۰۴
منبع: دانشگاه لستر، انگلستان

محققان دانشگاه لستر موفق به توسعه روشی نوآورانه برای جداسازی مواد در فرایند بازیافت سلول‌های سوختی شده‌اند؛ روشی که با استفاده از امواج صوتی، امکان بازیافت سریع و ایمن مواد ارزشمند را فراهم کرده و از نشت مواد شیمیایی خطرناک به محیط‌زیست جلوگیری می‌کند.

در این پژوهش که گامی مهم در مسیر بازیافت سلول‌های سوختی محسوب می‌شود، تیم تحقیقاتی توانسته است به‌طور مؤثر کاتالیست‌های گران‌قیمت و غشای پلیمری حاوی مواد فلورینه موسوم به PFAS را از غشاهای پوشیده‌شده با کاتالیست (CCM) جدا کند.

پاسخ به یک بحران زیست‌محیطی جدی

مواد شیمیایی PFAS که به دلیل پایداری بالا به «مواد شیمیایی ابدی» شهرت دارند، یکی از عوامل آلاینده منابع آب آشامیدنی هستند و اثرات منفی گسترده‌ای بر سلامت انسان دارند. به همین دلیل، انجمن سلطنتی شیمی انگلستان خواستار مداخله فوری دولت برای کاهش سطح این مواد در منابع آب این کشور شده است.

سلول‌های سوختی و الکترولایزرهای آبی که از اجزای حیاتی سیستم‌های انرژی هیدروژنی محسوب می‌شوند، معمولاً حاوی فلزات گران‌بهایی همچون پلاتین هستند. با این حال، چسبندگی شدید میان لایه کاتالیست و غشای PFAS مانع جداسازی مؤثر این اجزا در فرآیند بازیافت شده بود.

فناوری جدید بازیافت سبز و مقرون‌به‌صرفه

پژوهشگران دانشگاه لستر با بهره‌گیری از خیساندن در حلال‌های آلی و سونیکیشن (استفاده از امواج مافوق صوت در آب) توانسته‌اند راهکاری مقیاس‌پذیر برای این چالش بیابند. به گفته دکتر جیک یانگ از دانشکده شیمی دانشگاه لستر:

«این روش ساده، مؤثر و مقیاس‌پذیر است. بدون نیاز به مواد شیمیایی خشن، می‌توان غشاهای PFAS را از فلزات گران‌بها جدا کرد. این موفقیت، مسیر دستیابی به اقتصاد چرخشی در حوزه فلزات گران‌بها را هموار کرده و فناوری انرژی پاک را به واقعیت نزدیک‌تر می‌کند.»

فرایند جداسازی در چند ثانیه

در ادامه این پژوهش، فرآیند جدیدی به‌نام لایه‌برداری پیوسته معرفی شده است که با استفاده از ابزار خاصی به نام «سونوترود تیغه‌ای» و امواج اولتراسونیک با فرکانس بالا، غشاها را در چند ثانیه و در دمای اتاق از یکدیگر جدا می‌کند. این فناوری هم از نظر زیست‌محیطی پایدار است و هم از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه.

همکاری دانشگاه و صنعت برای آینده‌ای پایدار

این پروژه با مشارکت شرکت Johnson Matthey، یکی از رهبران جهانی در فناوری‌های پایدار، اجرا شده است.
راس گوردون، دانشمند ارشد تحقیقاتی این شرکت می‌گوید:

«استفاده از امواج مافوق صوت برای جداسازی غشاهای کاتالیست‌دار یک نقطه عطف در بازیافت سلول‌های سوختی است. ما مفتخریم که در این پروژه پیشگامانه که به توسعه پایدار انرژی هیدروژنی کمک می‌کند، شریک بوده‌ایم.»

گامی مهم در اقتصاد چرخشی و انرژی پاک

با توجه به رشد تقاضا برای سلول‌های سوختی در حمل‌ونقل، این پیشرفت علمی، بازیافت مؤثر اجزای کلیدی انرژی پاک را امکان‌پذیر کرده و آینده‌ای سبزتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر را برای فناوری‌های هیدروژنی ترسیم می‌کند.