ذخیره سازی گاز هیدروژن با استفاده از زغال سنگ بر روی نانو صفحات کربن

استاد شیمی تجزیه دانشگاه کاشان در یک پژوهش و طرح آزمایشگاهی موفق به استخراج نانو صفحات کربن فعال از زغال سنگ شد و قابلیت آن‌ها را در ذخیره‌سازی هیدروژن مورد بررسی قرار داد. گاز هیدروژن یکی از پاک ترین سوخت ها و منابع انرژی در جهان به شمار می آید. امروزه به دلایل مختلف از جمله توسعه‌ روزافزون صنایع مختلف در جهان و لزوم حفظ منابع سوخت فسیلی برای نسل‌های آینده، جهان با دو معضل مهم یعنی آلودگی‌های زیست‌محیطی و کاهش منابع سوخت‌های فسیلی روبه‌رو است.
یکی از راه‌کارهای حل این معضلات، روی آوردن به استفاده از انرژی‌های پاک نظیر هیدروژن است. برای اینکه بتوان هیدروژن را جایگزینی برای سوخت فسیلی دانست، ابتدا باید آن را ذخیره کرد. ذخیره‌سازی ارزان هیدروژن یکی از چالش‌های اصلی در استفاده‌ گسترده از این سوخت پاک است.
دکتر سعید معصوم پژوهشگر و استاد شیمی تجزیه دانشگاه کاشان در خصوص اهداف دنبال شده در این طرح گفت: هیدروژن به دلایلی چون فراوانی، تمایل واکنش‌دهندگی بالا و عدم آلایندگی محیط‌زیست، به‌ عنوان سوختی ایده‌آل در پیل‌های سوختی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این طرح از زغال‌سنگ طبیعی (بیتومین) به‌عنوان پیش‌ماده در ساخت نانوصفحات کربن فعال استفاده شده‌ است. هدف از این کار، استفاده از این نانوصفحات برای ذخیره‌ الکتروشیمیایی هیدروژن بود.
عضو هیأت‌ علمی دانشگاه کاشان افزود: زغال‌ سنگ طبیعی یک پیش ماده‌ نسبتاً ارزان است که در کشور ما به‌ وفور یافت شده و بیش از 90 درصد آن به‌ صورت خام به کشورهای دیگر صادر می‌شود. این در حالی است که بر اساس آمارها، ایران در سال گذشته به میزان 246 هزار میلیارد ریال کربن فعال وارد کرده‌ است. ما در طرح حاضر از زغال‌سنگ به‌ عنوان یک پیش ماده جهت سنتز ارزان‌قیمت کربن فعال استفاده کرده و از آن‌ جهت ذخیره‌سازی هیدروژن بهره برده‌ایم.
کربن فعال سنتز شده در این طرح از تخلخل و حجم حفرات بسیار بالایی برخوردار است. این خصوصیت سبب شده سطح بسیار وسیعی برای جذب هیدروژن ارائه دهد.
معصوم در خصوص مراحل انجام این طرح گفت: ما در این مطالعه از زغال‌ سنگ طبیعی جهت سنتز کربن فعال نانوساختار متخلخل استفاده کردیم. پس از سنتز کربن فعال، این ماده توسط روش‌های مختلفی از جمله XRD، FT-IR، BET و میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری مشخصه یابی شد و قابلیت آن در ذخیره سازی هیدروژن مورد بررسی قرار گرفت. کربن فعال سنتز شده در این طرح ظرفیت تخلیه‌ای بالغ‌ بر 3458 میلی‌آمپر ساعت بر گرم از خود بروز داده و ظرفیت ذخیره‌ هیدروژنی به میزان 11.6 درصد وزنی دارد.
دکتر سعید معصوم عضو هیأت‌ علمی دانشگاه کاشان و هومن سیفی دانشجوی مقطع دکترای دانشگاه کاشان در انجام این طرح همکاری داشته‌اند. نتایج این کار در مجله‌ International Journal of Hydrogen Energy با ضریب تأثیر 3.582 (جلد 42، شماره 51، سال 2017، صفحات 30145 تا 30155) منتشر شده است.

منبع: ستاد توسعه فناوری نانو