طرح "تولید انبوه نانو لوله های کربنی" در پژوهشگاه صنعت نفت، گامی دیگر برای پیشتازی در فناوری های روزآمد

"نانو لوله های کربنی" ساختار جدیدی از کربن است که از سال 1990 در جهان شناخته شده است. این ماده به سبب برخورداری از خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی و ساختار خاص، کاربردهای بسیاری در صنعت دارد. هم اکنون "طرح تولید انبوه نانو لوله های کربنی" در پژوهشکده گاز پژوهشگاه صنعت نفت، مراحل آزمایشگاهی را پشت سر گذاشته و تولید آن در مقیاس پایلوت به میزان 8 کیلوگرم در روز با موفقیت به انجام رسیده است. پژوهشگاه صنعت نفت در نظر دارد تا تولید پیوسته نانو لوله های کربنی را با راه اندازی واحدی نیمه صنعتی با ظرفیت 20 کیلوگرم در مهر ماه امسال آغاز کند. آنچه در پی می آید، گفت و گوی خبرنگار شانا با دکتر علیمراد رشیدی، مسئول طرح تولید انبوه نانو لوله های کربنی است. وی در این گفت و گو به تشریح موارد استفاده از نانو لوله های کربنی و به ویژه کاربردهای آن در صنعت نفت پرداخته است.

طرح تولید انبوه نانو لوله های کربنی با چه هدفی در پژوهشگاه تعریف شده و کاربرد این نانو لوله ها چیست؟ تولید نانو لوله های کربن (کربن نانو تیوپ) که در صنایع مختلف و از جمله در صنعت نفت موارد استفاده بسیار دارد، از جمله طرح هایی است که مراکز پژوهشی پیشرو در جهان، در سال های اخیر آن را دنبال کرده اند. در واقع می توان گفت این یک فناوری نو در جهان است که بسیاری از کاربردهای آن هنوز در مرحله آزمایش و بررسی است. خوشبختانه پژوهشگاه هم در بسیاری از این کاربردها به ویژه در کاربردهای نفتی این مواد پیشتاز است. چه نوع کاربردهایی از این مواد بیشتر مد نظر پژوهشگاه قرار دارد؟ یکی از کاربردهای کربن نانو تیوپ که در این طرح بیشتر مد نظر ما بوده، بحث استفاده از آن به عنوان پایه نانو کاتالیست در فرآیندهای شیمیایی و جذب و ذخیره سازی گاز طبیعی و هیدروژن است. در حال حاضر برای ذخیره سازی گاز طبیعی، برای مثال استفاده از آن به عنوان سوخت در خودروها از فناوری CNG Compressed Natural Gas استفاده می شود. در این روش گاز در فشار بالا به میزان زیادی فشرده و در دمای پایین ذخیره سازی می شود تا بتوان از آن در خودروها استفاده کرد. اما فناوری جدیدی به نام Adsorb Natural Gas CNG شناخته و معرفی شده است که می توان آن را جانشین CNG کرد، زیرا در ذخیره سازی به روش ANG از فشار 30 بار استفاده می شود که درقیاس با CNG که به فشاری برابر 100 تا 150 بار نیاز است، فشار به مراتب پایین تری است. روش کار نیز به این صورت است که گاز ابتدا به سطح جاذب، مثلا لوله های نانو کربنی آورده می شود، سپس روی سطح جامد این کربن ها که تخلخل آنها بسیار بسیار زیاد است، می نشیند و جذب و ذخیره می شود. سپس با انداختن فشار، گاز ذخیره شده را می توان مصرف کرد. مزیت های این فناوری نسبت به روش CNG چیست؟ زمانی که از روش ANG استفاده می شود، دیگر به باک های تحت فشار، سنگین و پر حجم نیاز نیست. به علاوه با استفاده از این تکنیک می توان باک خودرو را طوری طراحی کرد که دارای ضخامت زیاد نباشد و حتی حالت سیلندری و استوانه ای نداشته باشد. برای مثال آن را در شکل مکعب مستطیل و در هر جای خودرو که مد نظر است قرار داد. در نقاط دیگر دنیا تا چه اندازه روی فناوری ANG کار شده و فاصله ما با آنها چقدر است؟ این فناوری در دنیا ناشناخته نیست و می توان گفت مراحل توسعه خود را می گذراند. کارهایی در نقاط مختلف جهان در این زمینه انجام شده است، اما ما هم نه تنها از این روند عقب نیستیم، بلکه در شمار پیشگامان قرار داریم. برای مثال هدفی که دپارتمان انرژی آمریکا (DOE) برای این فناوری تعیین کرده، 150 حجم به حجم است، یعنی این که بتوان 150 متر مکعب گاز را در یک متر مکعب از این جاذب ها ذخیره کرد. در اسپانیا نیز دانشگاه "الیکنته" (Alicante) در این زمینه فعال بوده و پیشرفت هایی داشته است. اما پژوهشگاه صنعت نفت با کار روی کربن فعالی که از پوست گردو به دست می آید، تا کنون به نتیجه 130 حجم به حجم رسیده است. به عبارتی می توانیم بگوییم به هدف دپارتمان انرژی آمریکا بسیار نزدیک هستیم. گام بعدی این است که این کار را با جاذب های نانو ساختار انجام دهیم، در حالی که جاذب هایی که تا کنون روی آنها کار شده، عموما کربن فعال است. چنانچه بتوانیم این کار را بکنیم، در آن صورت حتی از هدف دپارتمان انرژی آمریکا، یعنی 150 حجم به حجم، نیز فراتر خواهیم رفت. هدفی که با این شیوه مد نظر داریم، 180 تا 200 حجم به حجم است که چشم انداز بسیار خوبی است. در بحث ذخیره سازی گاز هیدروژن چه اقدام هایی انجام شده است؟ گفته می شود هیدروژن سوخت آینده است. از طرفی یکی از مشکلات این سوخت، مسئله ذخیره سازی آن است. از جمله تکنیک هایی که برای این کار مد نظر قرار گرفته، استفاده از جاذب ها و بخصوص نانو لوله های کربنی برای ذخیره سازی هیدروژن است. از نظر تئوری حدود 65 کیلوگرم هیدروژن را در یک متر مکعب از همین لوله ها می توان ذخیره کرد. یعنی حدود 5/6 درصد وزنی هیدروژن به وزن جاذب. این 5/6 درصد هدفی است که در نظر گرفته شده است، اما چیزی که ما تا کنون به آن رسیده ایم و در شرایطی که خلوص نمونه ها را نیز هنوز خیلی بالا نبرده ایم، حدود 5/1 درصد است. در دنیا نیز تا کنون به نتیجه ای بیش از این نرسیده اند. دستاوردهای این طرح ثبت 3 اختراع بین المللی در اروپا در زمینه کاتالیست ساخت نانو لوله و فرآیند تولید و کاربرد و چندین مقاله در مجلات معتبر بین المللی بوده است. گویا از نانو لوله های کربنی در فرآِیند سولفورزدایی از نفت های ترش نیز می توان استفاده کرد. در این باره بیشتر توضیح دهید. بله این از دیگر کاربردهای مهم نانو لوله های کربنی است که پژوهشگاه روی آن کار می کند و در این زمینه پروژه ای را با مشارکت شرکت پالایش و پخش در دست انجام دارد. در این پروژه از نانو لوله های کربنی به عنوان پایه کاتالیست برای فرآِیند گوگرد زدایی هیدروژنی (هایدرو دی سولفوریزیشن) استفاده می شود. کارهای آزمایشگاهی این پروژه انجام شده و قرار است 20 کیلوگرم از این ماده به صورت آزمایشی ساخته شود. مراحل ثبت اختراع (پتنت) این طرح نیز در دست اقدام است. در صورت تایید این نانوکاتالیست از سوی شرکت پالایش و پخش می توان نانو کاتالیست به دست آمده را جایگزین کاتالیست های خارجی کرد. اصولا این فرآیند، گوگرد زدایی هیدروژنی چه نقشی در صنایع پالایشی دارد؟ چنانچه می دانید حذف گوگرد از مواد نهایی و میان مرحله ای در صنایع مختلف پالایشی و پتروشیمی یکی از فرآیندهای مهم را تشکیل می دهد. این مسئله به ویژه در سوخت های فسیلی مختلف که در وسایل حمل و نقل مانند کشتی و کامیون ها به کار می رود، از اهمیت بیشتری برخوردار است. علاوه بر آن توجه به قوانین زیست محیطی برای کشورهایی مانند ایران برای حضور در بازارهای جهانی الزامی است، چرا که عدم رعایت این قوانین می تواند محدودیت های زیادی در عرصه صادرات محصولات نفتی به وجود آورد. به عنوان نمونه ای از این قوانین می توان به مصوبه اتحادیه اروپا اشاره کرد که بر اساس آن تا سال 2005 میلادی مقدار غلظت مواد گوگردی در سوخت های فسیلی باید به مقدار 50 ppm و تا سال 2009 میلای به میزان 10 ppm کاهش یابد. البته فرآیند گوگرد زدایی هیدروژنی (هایدرو دی سولفوریزیشن) دارای کاربردهای زیادی در صنایع مختلف شیمیایی است که هم به صورت مستقیم و نیز به عنوان نتایج تحقیقات در این زمینه، می توان به مهم ترین موارد مصرف آن مثل حذف مواد گوگردی از محصولات نفتی مانند تیوفن ها (C4H4S) و تیول ها (R-SH) و همچنین حفظ محیط زیست از اثرات خطرناک مواد شیمیایی گوگردی اشاره کرد. پس از دستیابی به دانش فنی ساخت نانو کاتالیست HDS، از آن در بقیه فرآیندهای گوگردزدایی و نانو کاتالیست ها فرآیندهای دیگر مانند هیدروکراکینگ، ایزومریزاسیون و غیره می توان استفاده کرد و در نهایت نانو کاتالیست حاصله جایگزین کاتالیست های صنعتی به خصوص در فرآیندهای گوگردزدایی دیزل، نفتا و سوخت کوره می شود. چنانچه طرح "تولید انبوه نانو لوله های کربنی" به هدف خود برسد، این مواد تا چه اندازه در داخل کشور مصرف خواهند داشت و تا چه اندازه می توان آنها را به خارج از کشور صادر کرد؟ همان طور که اشاره شد، نانولوله های کربنی کاربردهای بسیاری در صنعت دارد و در کشور هم کارهای تحقیقاتی روی کاربردهای آن شروع شده است. در حال حاضر نیز این ماده در کشور مصرف روزانه دارد. برای طرح تولید سوخت GTL در خود پژوهشگاه نیز که اکنون در مقیاس نیمه صنعتی در حال پیشرفت است به این پایه کاتالیستی به عنوان ماده اولیه نیاز خواهد دبود. کاربرد دیگر نانولوله های کربنی ساخت فیلتر و غشا برای تصفیه آب آشامیدنی است که در مقیاس آزمایشگاهی انجام گرفته است. غشاهای موجود که از خارج وارد می شوند، غشاهای پلیمری و سرامیکی هستند. مشکل پلیمری ها این است که توان تحمل دما را ندارند، اما غشاهایی که از نانو کربن ساخته می شوند، پایداری حرارتی و طول عمر آنها بسیار بالا است و بارها می توان با یک عملیات حرارتی آنها را مجددا مورد استفاده قرار داد. استفاده از نانو لوله های کربنی در لایه های پلیمری و تلق های شفاف که در اصطلاح فیلم های پلیمری خوانده می شوند، یکی دیگر از موارد کاربرد این مواد است. البته این فیلم ها بیشتر در خارج از کشور مصرف دارد و ما برای فروش آن اقدام کرده ایم. قیمت این مواد چقدر است و ارزش افزوده ای که از تولید آنها ایجاد می شود تا چه اندازه است؟ قیمتی که اکنون ما به مراکز مختلف داخلی و خارجی سفارش می دهیم، از 5 دلار برای هر گرم تا حدود 50 دلار در هر گرم است که به تک دیواره یا چند دیواره بودن نانو لوله ها و خلوص آنها بستگی دارد. به هر حال چنانچه واحد نیمه صنعتی پژوهشگاه با ظرفیت 20 کیلوگرم در روز مهر ماه امسال برای تولید این نانو لوله ها راه اندازی شود، دیگر این فناوری اثبات شده است. بنا بر این آیا می توان به تولید تجاری این ماده امیدوار بود؟ بله. مقیاس بعدی پژوهشگاه در این زمینه 25 کیلوگرم در ساعت است، یعنی چیزی حدود 600 کیلوگرم در روز که رسیدن به آن دیگر زیاد مشکل نیست چون فناوری و دانش فنی آن فراهم است. اما این کار به سرمایه گذاری بیشتری نیاز دارد و ادامه آن از سوی پژوهشگاه بستگی به این دارد که این ماموریت به خود پژوهشگاه داده شود یا شرکت های تابع وزارت نفت یا بخش خصوصی این وظیفه را به عهده بگیرند. چنانچه بخش خصوصی این وظیفه را بر عهده گیرد، آن وقت نقش پژوهشگاه چه خواهد بود؟ طبیعی است که در آن صورت پژوهشگاه به عنوان یک "لایسنسور" و دارنده امتیاز است که سرمایه گذار یابد امتیاز استفاده از این فناوری را از پژوهشگاه بخرد. به هر حال این کار سود آوری است، زیرا مبلغ 20 تا 30 دلار به طور میانگین برای هر گرم نانو لوله کربن مبلغ قابل توجهی است، به ویژه این از گاز طبیعی به عنوان خوراک و ماده اولیه برای تولید این نانو لوله ها استفاده می شود که در منابع آن در ایران ارزان و فراوان است. ساخت کاتالیست هم از مواد داخلی است یعنی از سنگ معدن های داخلی می گیریم و به مواد اولیه ای مورد نظر تبدیل می کنیم. در واقع ماده اولیه این کربن های نانو تیوپ را به صورت ارزان در داخل تولید می کنیم و چیزی از خارج وارد نمی شود؛ بنابر این هزینه کمی صرف می شود که ارزش افزوده زیادی به همراه دارد. البته دراین طرح فاز دیگری هم هست که قسمت هایی از آن انجام شده و قسمت هایی دیگر در حال انجام شدن است و آن عامل دار کردن این نانو لوله ها است. برای برخی از کاربردهای نانو لوله های کربنی مانند استفاده از آنها در پزشکی و پلیمر باید این ها را عامل دار کرد، به این معنا که این نانو تیوپ ها باید در آب یا حلالی حل شوند تا بتوان آنها را مورد استفاده قرار داد؛ بنا براین گروه های عاملی را روی آنها می نشانیم و در آب وارد می کنیم. مثلا برای این که تزریق این ماده به بدن انجام شود، باید عامل دار شود که در خون حل شود و بعد بتوانید از خون جدا و دفع کنید. علاوه بر آن، این عامل دار کردن خود روشی است برای رسیدن به خلوص بالاتر نانو لوله های کربنی و به عبارتی روشی است برای خالص سازی. با انجام این کار ارزش افزوده دیگری به این ماده افزوده می شود و قیمت آن افزایش می یابد.
کد خبر 86688

برچسب‌ها

نظر شما

شما در حال پاسخ به نظر «» هستید.
5 + 0 =