حذف دی‌اکسیدکربن از خروجی دودکش کارخانه‌ها با یک ماده نانویی
تاریخ انتشار: ۲۴ تیر ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۸۲۲۸۰۴۰
محققان کالج علوم دانشگاه ایالتی اورگان نانوماده‌ای ارزان قیمت را برای پاکسازی دی اکسید کربن خروجی کارخانه‌ها ارائه کردند.
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان کالج علوم دانشگاه ایالتی اورگان نانوماده‌ای ارزان قیمت را برای پاکسازی دی اکسید کربن خروجی کارخانه‌ها ارائه کردند.
کراکس استیلیانو از محققان این پروژه می‌گوید که این روش جذب دی‌اکسیدکربن برای جلوگیری از اثرات نامطلوب آب و هوایی بسیار مناسب است.
بیشتر بخوانید:
اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!
دی اکسید کربن، به عنوان گاز گلخانه‌ای، از سوزاندن سوخت‌های فسیلی ناشی می‌شود و یکی از دلایل اصلی گرم شدن آب و هوای زمین است. استیلیانو خاطرنشان می‌کند که تأسیساتی که کربن را از هوا فیلتر می‌کنند در سرتاسر جهان شروع به ظهور کرده‌اند، بزرگترین تاسیسات از این نوع در جهان در سال ۲۰۲۱ در ایسلند افتتاح شد. اما آن‌ها هنوز آماده نیستند که مشکل انتشار گازهای گلخانه‌ای را در سراسر جهان را حل کنند. در طول یک سال، کارخانه ایسلند می‌تواند مقدار دی اکسید کربنی معادل انتشار سالانه حدود ۸۰۰ خودرو را حذف کند.
فناوری برای کاهش دی اکسید کربن در نقطه ورود به جو، مانند خروجی یک کارخانه، نسبتا به خوبی توسعه یافته است. یکی از این فناوری‌ها شامل نانوموادی معروف به چارچوب‌های آلی فلزی یا MOF هستند که می‌توانند مولکول‌های دی‌اکسید کربن را جذب کنند.
استیلیانو می‌گوید: «به دام انداختن دی اکسید کربن برای رسیدن به اهداف انتشار خالص صفر بسیار مهم است. MOFها به دلیل تخلخل و تطبیق پذیری ساختاری، نوید‌های زیادی برای جذب کربن نشان داده اند، اما سنتز آن‌ها اغلب به معنای استفاده از معرف‌هایی مانند نمک‌های فلزات سنگین و حلال‌های سمی است که هم از نظر اقتصادی و هم از نظر زیست محیطی پرهزینه هستند.»
برخورد با قسمت آب در دودکش‌ها، حذف دی اکسید کربن را بسیار پیچیده می‌کند. بسیاری از MOFهایی که پتانسیل جذب کربن را نشان داده‌اند در شرایط مرطوب کارایی خود را از دست می‌دهند. استیلیانو گفت که گازهای دودکش را می‌توان خشک کرد، اما این کار هزینه قابل توجهی را به فرآیند حذف دی اکسید کربن اضافه می‌کند، به اندازه‌ای که آن را برای کاربرد‌های صنعتی غیر قابل دوام می‌کند.
او گفت: «ما به دنبال ارائه یک MOF برای رسیدگی به محدودیت‌های مختلف موادی که در حال حاضر در جذب کربن استفاده می‌شوند، بودیم. مسائلی نظیر هزینه بالا، انتخاب‌پذیری ضعیف برای دی اکسید کربن، پایداری کم در شرایط مرطوب و ظرفیت‌های جذب CO ۲ پایین، از جمله مشکلات این ساختار‌ها بودند.»
MOFها مواد متخلخل و کریستالی هستند که از یون‌های فلزی با بار مثبت تشکیل شده‌اند که توسط مولکول‌های “پیوند دهنده” آلی به نام لیگاند احاطه شده‌اند. یون‌های فلزی گره‌هایی می‌سازند که بازو‌های پیوند دهنده‌ها را به هم متصل می‌کنند تا ساختاری تکرار شونده به نظر برسد، چیزی شبیه قفس. این ساختار دارای منافذ نانو مقیاس بوده، شبیه به یک اسفنج، که کار جذب را ساده می‌کند.
استیلیانو گفت MOFها را می‌توان با اجزای مختلفی طراحی کرد که ویژگی‌های MOF را تعیین می‌کند. میلیون‌ها MOF ممکن وجود دارد، تقریبا ۱۰۰۰۰۰ مورد از آن‌ها توسط محققان شیمی سنتز شده است و خواص نیم میلیون دیگر نیز پیش بینی شده است. وی گفت: در این مطالعه ما یک MOF متشکل از آلومینیوم و لیگاند بنزن-۱،۲،۴،۵-تترا کربوکسیلیک اسید ساختیم. سنتز MOF در آب اتفاق می‌افتد و تنها چند ساعت طول می‌کشد. MOF دارای منافذی با اندازه مولکول‌های CO ۲ است، به این معنی که فضای محدودی برای حبس دی اکسید کربن وجود دارد.
این MOF در شرایط مرطوب به خوبی کار می‌کند و همچنین دی اکسید کربن را به نیتروژن ترجیح می‌دهد، که مهم است، زیرا اکسید‌های نیتروژن جزء گازهای دودکش هستند. بدون این نوع گزینش پذیری، MOF به طور بالقوه به مولکول‌های اشتباه متصل می‌شود.
منبع: خبرگزاری دانشجو
کلیدواژه: دی اکسیدکربن کارخانه سوخت فسیلی دی اکسید کربن
درخواست حذف خبر:
«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت snn.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «خبرگزاری دانشجو» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۸۲۲۸۰۴۰ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.
با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.
خبر بعدی:
آسمان‌خراش‌ها؛ قاتل یا ناجی شهرها؟
آسمان‌خراش‌های سربه‌فلک‌کشیده در شهرها در کنار تمام مزایایی که برای توسعه زندگی شهرنشینی و میزبانی از جمعیت روبه‌رشد شهرها دارند، دارای اثرات زیست‌محیطی منفی بالایی هستند که در صورت برطرف نشدن، آن‌ها را به قاتلین شهرها تبدیل می‌کند.
به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، شهرهای جهان تا سال ۲۰۵۰ شاهد هجوم سیل عظیمی از جمعیت خواهند بود و این وظیفه توسعه‌دهندگان و برنامه‌ریزان شهری است که دریابند چگونه محیط‌های شهری را برای برآوردن نیازهای زندگی و کار این جمعیت به سرعت در حال گسترش تطبیق دهند. این باور عمومی وجود دارد که آسمان‌خراش‌های بلندتر و متراکم‌تر راه پیشرفت هستند، زیرا استفاده از فضا را بهینه می‌کنند، افراد بیشتری را در هر متر مربع در خود جای می‌دهند و پراکندگی شهری را محدود می‌کنند اما با توجه به تعهدات جهانی نسبت به اهداف کاهش انتشار کربن و تغییرات آب‌وهوایی، این راهکار چندان پایدار و دوستدار محیط زیست به حساب نمی‌آیند.
ساختمان بلند به معنای استفاده از مصالح بیشتر است که باید به اندازه کافی مقاوم باشند تا ارتفاعات ۴۰۰، ۶۰۰، ۸۰۰ متر و حتی بیشتر را تحمل کنند. این امر به‌طور قابل توجهی ردپای کربن را افزایش می دهد. این حقیقت با ارزیابی چرخه کل زندگی انتشار کربن به معنای کربن عملیاتی و مجسم در ساختمان‌ها و محیط‌های شهری مختلف اثبات شده است.
کربن عملیاتی زمانی تولید می‌شود که یک ساختمان در حال خدمت است و کربن مجسم تمام کربن پنهان و پشت صحنه تولید شده در طول استخراج، تولید، حمل‌ونقل و ساخت مواد خام مورد استفاده برای ساخت یک بنا، در کنار تمام کربنی است که در طول فرآیندهای تعمیر و نگهداری، نوسازی، تخریب یا جایگزینی تولید می‌شود. در مقیاس جهانی، بخش ساخت‌وساز مسئول تأثیر قابل‌توجهی بر محیط زیست است.
از سوی دیگر وجود آسمان‌خراش‌ها در یک منطقه شهری باعث ایجاد جزایر گرمایی می‌شود، زیرا دمای بالا منجر به محبوس شدن گرما بین سطح خیابان و ساختمان‌ها می‌شود و از سرد شدن طبیعی دما هنگام غروب خورشید جلوگیری می‌کند.
علاوه بر این هر چه باد بیشتر باشد، کیفیت هوا بهتر است زیرا ذرات آلودگی را از بین می‌برد. شهرهایی با تهویه طبیعی کم، تعداد زیادی آسمان‌خراش و خیابان‌های باریک، منجر به بروز «اثر دره» می‌شوند که طی آن عوامل سمی در لایه‌های بالایی به دام می‌افتند. این شرایط در هنک‌کنگ بسیار رایج است که در آن وجود آسمان‌خراش‌ها در امتداد ساحل، راه نسیم دریا را مسدود می‌کند و آلودگی را افزایش می‌دهد. این بناهای سربه‌فلک‌کشیده همچنین نمی‌توانند به راحتی به مسکن، کارخانه یا مغازه تغییر کاربری داده شوند. در مقابل، ساختمان‌های کم ارتفاع قدیمی می توانند بارها و بارها بازسازی شوند و تغییر کاربری بدهند.
تأثیر آسمان‌خراش‌ها بر محیط زیستاولین ۵۰ آسمان‌خراش جهان بین سال‌های ۱۹۳۰ تا ۲۰۱۰، طی ۸۰ سال و ۵۰ آسمان‌خراش دیگر طی دوره ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۵ ساخته شد. پس از آن ساخت آسمان‌خراش‌ها با رشدی غیرقابل توقف رونق گرفت.
با گذشت سال‌ها، ساختار آسمان‌خراش‌ها از بتن انحصاری به استفاده از موادی مانند فولاد و شیشه و حتی مواد پایدارتر مانند چوب تبدیل شد و طراحی آن‌ها مسیری را در پیش گرفت که به‌نظر می‌رسد از فیلم‌های علمی-تخیلی الهام گرفته باشد، زیرا میزان بالا و فراتر از تصوری را از خودکفایی برای آن‌ها فراهم می‌آورد.
امروزه بخش‌های معماری و ساخت‌وساز توسط استاندارد ISO15686 هدایت می‌شوند که عواملی مانند مواد، انرژی مصرفی، سیستم‌های ساخت‌وساز و بسیاری موارد دیگر را در نظر می‌گیرد و استانداردهای گوناگونی برای ساختمان‌ها ارائه شده است تا آن‌ها را در مسیر پایداری و سازگاری با محیط زیست قرار دهد. با این وجود با توجه به مطالعه جداسازی تراکم از ارتفاع در تجزیه و تحلیل انتشار گازهای گلخانه‌ای چرخه زندگی شهرها، آسمان‌خراش‌ها تأثیر مثبتی بر محیط زیست ندارند.
محققان دریافته‌اند که زنجیره‌ای از آسمان‌خراش‌ها در طول عمر مفید خود در مقایسه با منطقه‌ای با ساختمان‌های کوتاه‌تر با تعداد ساکنان یکسان، ۱۴۰ درصد گازهای گلخانه‌ای بیشتری تولید می‌کنند، چراکه آسمان‌خراش‌ها نسبت به ساختمان‌های کوتاه‌تر به ساختارهای سنگین‌تر، پایه‌های ضخیم‌تر و استفاده بیشتر از مواد با ردپای کربن بالاتر نیاز دارند.
آسمان‌خراش‌ها امکان داشتن کاربری‌های مختلف را در یک بنای واحد فراهم می‌آورد و افراد بیشتری را در یک ساختمان متمرکز می‌کند، بنابراین طرفداران این سازه‌های شهری استدلال می‌کنند که آسمان‌خراش‌ها به فشرده‌سازی فعالیت‌های مختلفی در یک مکان که کمک می‌کنند که به‌طور معمول در ساختمان‌های مختلف انجام می‌شود.
از سوی دیگر روند روزافزون رشد جمعیت در شهرها و کمبود فضا برای جا دادن به آن‌ها، همچنین وجود فضایی برای پاسخ‌گویی به نیازهای اجتماعی این جمعیت، نیاز به وجود سازه‌های بلندتر و کارآمدتر را در شهرها بالا می‌برد. با این حال تردیدی نیست که این ساخت‌وسازها باید مطابق با معیارهای پایداری طراحی و ساخته شوند.
بنابراین زمان آن رسیده که برنامه‌ریزان شهری کل چرخه عمر کربن یک ساختمان را در نظر بگیرند و تأثیر تراکم و ارتفاع شهری را در عین توجه به نیازهای جمعیت در حال رشد متعادل کنند.
ساخت‌وسازهای جدید شهری پیرو مجموعه‌ای از قوانین استانداردسازی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی منفی بناها است، برای سازه‌های موجود نیز راهکار ارائه‌شده، بازسازی محسوب می‌شود.
این اقدام به بهبود وضعیت آسمان‌خراش‌های موجود و تطبیق آن‌ها با استانداردهای فعلی منجر می‌شود و تاکنون برای بناهایی هم‌چون ساختمان امپایر استیت، یکی از نمادهای معماری نیویورک با ۴۴۳.۲ متر ارتفاع انجام گرفته است. این اقدام تا ۳۸ درصد صرفه‌جویی در هزینه انرژی سالانه و دریافت گواهینامه LEED (گواهی مدیریت انرژی و طراحی زیست‌محیطی) را برای این بنا به همراه داشت.
از نظر مواد مورد استفاده در ساخت‌وساز نیز چوب یا راه‌حل‌های پایدار پیشنهاد می‌شود که در آن آسمان‌خراش‌ها عملکردی زیست‌محیطی یا حتی اجتماعی داشته باشند. ساختمان میوستورنه در نروژ با ارتفاع ۸۵.۴ متر یکی از بلندترین ساختمان‌های چوبی در جهان است. اگر دی‌اکسیدکربن جذب‌شده توسط درختان را در نظر بگیریم، چوب دارای ردپای کربن‌خنثی یا حتی منفی است. بنابراین با تنظیم جنبه‌های مختلف ساخت این بناها، بشر مجبور نخواهد بود بین آسمان‌خراش‌ها یا حفاظت از محیط‌زیست یکی را انتخاب کند، به‌ویژه که زندگی عمودی برای آینده امری ضروری به نظر می‌رسد.
واقعیت این است که آسمان‌خراش‌ها در صورت تداوم ساخت به شیوه‌های گذشته بلایای زیست محیطی هستند و شهرها را می‌کشند، بنابراین بازسازی و بهسازی آن‌ها نقش بسزایی در برخورداری از مزایای بالقوه آن‌ها برای شهرهای آینده دارد.
جمعیت شهری جهان به‌طور پیوسته در حال افزایش است و سازمان ملل متحد پیش‌بینی کرده است تا سال ۲۰۵۰ از ۳.۶ میلیارد به ۶.۳ میلیارد خواهد رسید. این افزایش به معنای توسعه ساختمان‌های سربه‌فلک‌کشیده و آسمان‌خراش‌ها برای جای دادن تعداد بیشتری از افراد، ضمن اشغال فضای کمتر است. بنابراین جهان آینده شاهد افزایش محبوبیت و ارتفاع آسمان‌خراش‌ها خواهد بود. تقاضای بیشتر برای آسمان‌خراش‌ها نیازمند استفاده از فناوری‌های جدید و طراحی‌های نوآورانه برای پایدارتر شدن و کاهش تأثیرات منفی آن‌ها بر محیط است که به کمک راهکارهای زیر می‌توان به آن دست پیدا کرد.
مصالح ساختمانی با منابع محلیساخت آسمان‌خراش‌ها تأثیر قابل‌توجهی بر محیط‌زیست دارد و استفاده از مصالح محلی می‌تواند تأثیر آن را در طول ساخت‌وساز کاهش دهد. برج بانک آمریکا در نزدیکی میدان تایمز، یکی از بلندترین ساختمان‌های نیویورک است و با ۴۰ درصد مواد محلی ساخته شده است تا روشی برای کاهش مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای در فرآیند انتقال و حمل‌ونقل از نقاط دورتر باشد.
آسمان‌خراش‌ها برای پایداری در برابر بادهای شدید با افزایش ارتفاع نیازمند مقاومت بیشتری هستند. برج شانگهای با ارتفاع ۶۳۲ متر بعد از برج خلیفه دبی از نظر اندازه در رتبه دوم قرار دارد، به این معنی که باید در بالاترین نقطه خود در برابر آب‌وهوای شدید مقاومت کند. طراحی ستون خمیده این برج به‌طرز هوشمندانه‌ای به‌منظور تغییر جهت نیروی باد انجام گرفته است که امکان ساخت‌وساز قوی‌تر با منابع کمتر را فراهم می‌آورد.
آسمان‌خراش‌های خاصی در تلاش برای سبزتر شدن طراحی شده‌اند که با پوشش گیاهی سبز در سرتاسر سازه خود معرفی می‌شوند. برج سبز سنگاپور یک نمونه ایده‌آل از معماری سبز است و با پوشش گیاهی سرسبزی که به‌طور استراتژیک در سراسر آن قرار گرفته است، ردپای کربن ساختمان را کاهش می‌دهد و در عین حال محیط طبیعی آرامش‌بخش‌تری را برای ساکنان ایجاد کند.
سنگاپور همچنین خانه هتل اواسیا داون‌تاون است که با ۲۱ گونه گیاهی سرسبز پوشیده شده و خانه‌ای برای پرندگان و حیوانات در قلب یکی از پر سازه‌ترین شهرهای جهان است. در واقع نسبت کلی زمین سبز این بنا ۱۱۰۰ درصد است، به این معنی که در این ساختمان ۱۰ برابر بیشتر از آنچه که در همان قطعه زمین، فضای مسکونی وجود دارد سرسبزی وجود دارد. باغ‌های روباز برج نیز نیاز به تهویه مکانیکی را کاهش می‌دهد.
توربین‌های بادیآسمانخراشها علاوه بر مقاومت در برابر بادهای شدید، فرصتی بی‌نظیر برای بهره‌گیری از آن‌ها به‌عنوان منبع انرژی پایدار دارند. مرکز تجارت جهانی بحرین که توسط شرکت مهندسی چندملیتی اتکینز ساخته شده، شامل توربین‌های بادی کاربردی در طراحی خود است. این ساختمان ۲۴۰ متری از برج‌های باد سنتی الهام گرفته شده است و اطمینان می‌دهد که باد به توربین‌های متصل به نمای ساختمان هدایت می‌شود.
تنظیم دما و حفظ انرژی خواه گرمایش در کشورهای سردتر یا سرمایش در محیط‌های گرم‌تر، یکی از مهم‌ترین بخش‌ها در پایدارسازی آسمان‌خراش‌ها محسوب می‌شود. سیستم‌های تهویه مطبوع و گرمایش مرکزی از منابع قابل‌توجهی استفاده می‌کنند و ردپای کربن بیشتری را برای ساختمان‌های بزرگ ایجاد می‌کنند. چندین سازه جدید و پایدار از طراحی مبتکرانه برای ایجاد نماهایی استفاده کرده‌اند که نیاز به گرمایش و سرمایش را به شدت کاهش می‌دهد.
مرکز مالی بین‌المللی پینگ‌آن (IFC) در جنوب چین، بلندترین ساختمان در منطقه است، اما سازندگان این آسمان‌خراش را با ۴۶ درصد هزینه کمتر در مقایسه با ساختمان‌های تجاری اداره می‌کنند که به‌طور معمول ساخته می‌شوند. IFC به لطف نمای با عملکرد بالای خود دارای گواهینامه طلایی LEED است که نفوذ گرما را به حداقل می‌رساند و در عین حال اجازه می‌دهد حداکثر نور وارد دفاتر شود. این سازه همچنین دارای پره‌های سنگی عمودی خارجی است که باعث ایجاد سایه می‌شود، بنابراین تقاضا برای سیستم خنک‌کننده داخلی را کاهش می‌دهد.
گزارشگر قديمى راديو دار فانى را وداع گفت