دانشمندان با استفاده از پسماندهای هستهای تولید هیدروژن را تا ده برابر افزایش دادند
پژوهشگران دانشگاه شارجه در مطالعهای جدید روش نوینی را معرفی کردهاند که میتواند با بهرهگیری از پسماندهای هستهای، تولید هیدروژن را تا ده برابر افزایش دهد. این روش که الکترولیز تقویتشده با تابش (Radiation-Enhanced Electrolysis) نام دارد، گامی مهم در تبدیل یکی از بزرگترین چالشهای زیستمحیطی جهان یعنی پسماندهای رادیواکتیو به منبعی کارآمد از انرژی پاک به شمار میرود. نتایج این پژوهش در نشریه علمی Nuclear Engineering and Design منتشر شده است.
تبدیل تهدید هستهای به فرصت انرژی
بر اساس این مطالعه پسماندهای هستهای که معمولا به عنوان یکی از خطرناکترین و پایدارترین آلایندههای زیستمحیطی شناخته میشوند و ممکن است هزاران سال خاصیت رادیواکتیو خود را حفظ کنند، میتوانند به منبعی برای تولید صنعتی هیدروژن تبدیل شوند. در حال حاضر بیش از چهار میلیون مترمکعب پسماند هستهای در انبارهای جهان نگهداری میشود.
پژوهشگران در بیانیهای اعلام کردند: بهرهگیری از پسماند هستهای برای تولید هیدروژن، روشی نوآورانه است که یک مشکل زیستمحیطی پایدار را به منبعی ارزشمند برای تولید انرژی پاک تبدیل میکند.
مروری بر فناوریهای نوین شکافت مولکولی
در این بررسی جامع فناوریهای گوناگونی که از خاصیت رادیواکتیویته برای تجزیه مولکولهای آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده میکنند، مورد تحلیل قرار گرفتهاند. نکته مهم در این فناوریها، عدم تولید گاز دیاکسیدکربن در فرایند تولید است.
به گفته پژوهشگران نتایج مطالعات پیشین نشان میدهد که پسماند هستهای میتواند بهطور چشمگیری بازده تولید هیدروژن را از طریق روشهای پیشرفتهای مانند الکترولیز بهبودیافته با کاتالیزور، اصلاح متان (Methane Reforming) و چرخههای ترموشیمیایی افزایش دهد.
{$sepehr_key_8896}
تمرکز بر الکترولیز تقویتشده با تابش
میان روشهای مختلف بررسیشده، پژوهشگران روش الکترولیز تقویتشده با تابش را امیدبخشترین گزینه معرفی کردهاند. این فرایند از تابشهای هستهای برای تحریک واکنشهای الکتروشیمیایی استفاده میکند و بنا بر نتایج، میتواند سرعت و بازده تولید هیدروژن از پسماندهای هستهای را تا ده برابر افزایش دهد.
روشهای مکمل و مقرونبهصرفه
در کنار این فناوری پژوهش به چند روش دیگر نیز اشاره دارد که از نظر اقتصادی و فنی قابلتوجهاند. یکی از این روشها کاتالیز بر پایه اورانیوم است که از ترکیبات اورانیوم برای تسریع واکنشهای شیمیایی بهویژه در شکافت آب به هیدروژن استفاده میکند. پژوهشگران میگویند این روش از نظر هزینه نیز بهصرفه است، زیرا نیاز به فلزات گرانقیمت و کمیاب را کاهش میدهد.
روش دیگر اصلاح متان با استفاده از کاتالیزورهای اورانیومی است که علاوه بر جلوگیری از تجمع کربن میتواند بازده تولید هیدروژن را افزایش دهد.
در بخش دیگری از مطالعه، فرایند رادیولیز (Radiolysis) نیز بررسی شده است؛ فرایندی که در آن تابش رادیواکتیو برای شکافت مولکولهای آب استفاده میشود. پژوهش نشان میدهد افزودن اسید فرمیک میتواند بازده تولید هیدروژن را تا ۱۲ برابر افزایش دهد، در حالی که افزایش دما تا سطوح مشخصی میتواند خروجی را تا پنج برابر بهبود بخشد.
همچنین روش فوتوکاتالیز پلاسما در فاز مایع (Liquid-phase Plasma Photocatalysis) نیز به عنوان گزینهای مؤثر برای افزایش تولید هیدروژن از پسابهای هستهای معرفی شده است.
مزایای زیستمحیطی و صنعتی
نویسندگان مقاله تاکید کردهاند که این فناوریها علاوه بر افزایش تولید هیدروژن، مزایای مهمی دارند:
• کاهش حجم پسماندهای رادیواکتیو،
• کاهش نیاز به ذخیرهسازی بلندمدت این مواد خطرناک،
• و تأمین پایدار انرژی پاک از منبعی که تاکنون تهدیدی زیستمحیطی محسوب میشد.
به گفته آنان توسعه این فناوریها میتواند تحولی بنیادین در صنعت انرژی هیدروژنی و مدیریت پسماندهای هستهای ایجاد کند.
چالشهای اجرایی و موانع قانونی
با وجود این ظرفیت بالا پژوهشگران هشدار دادهاند که تحقق عملی این فناوریها با موانع قابلتوجهی روبهرو است. مهمترین مانع چارچوبهای سختگیرانه قانونی و نظارتی در زمینه دسترسی و کار با مواد رادیواکتیو است.
آنان تصریح کردهاند که مقررات سختگیرانه، نوآوری را محدود میکند و باعث میشود بسیاری از پژوهشگران بهجای استفاده از مواد رادیواکتیو واقعی از منابع تابش خارجی برای شبیهسازی اثرات آن استفاده کنند؛ امری که ممکن است دقت و قابلیت تعمیم نتایج را کاهش دهد.
از دیگر چالشهای مطرحشده میتوان به احتمال آلودگی گاز سنتز (Syngas) و تغییرات شیمیایی در کاتالیزورها اشاره کرد که میتواند بر پایداری و بازده فرایند اثر بگذارد.
چشمانداز آینده در حوزه انرژی هستهای و همجوشی
در بخش پایانی این مطالعه به تحولات دیگر در حوزه انرژیهای نو نیز اشاره میکند. پیشتر گروهی از پژوهشگران آمریکایی روشی برای بازیافت پسماندهای هستهای و تولید تریتیوم یکی از ایزوتوپهای نادر هیدروژن و سوخت اصلی در راکتورهای همجوشی هستهای ارائه کرده بودند. آن تیم با انجام شبیهسازیهای متعدد رایانهای، کارایی و بهرهوری انرژی را در طراحی راکتورهای تریتیوم بررسی کرده بود.
بر پایه نتایج این پژوهش استفاده از تابشهای رادیواکتیو در فرایندهای الکتروشیمیایی میتواند فصل تازهای در تولید انرژی پاک بگشاید. الکترولیز تقویتشده با تابش اگرچه نیازمند چارچوبهای ایمنی و نظارتی دقیق است، میتواند در آینده نهچندان دور، همزمان با کاهش خطرات پسماندهای هستهای، منبعی پایدار و کارآمد برای تامین هیدروژن سوخت پاک آینده فراهم کند.
انتهای پیام/