ابداع جدید دانشمندان ایرانی: تولید آب اکسیژنه با نور خورشید

دانشمند ایرانی دانشگاه کورنل روشی تازه ابداع کرده است که می‌تواند فقط با نور خورشید، آب و هوا ماده آب اکسیژنه تولید کند و این کار را از کارخانه‌های بزرگ به مکان‌های کوچک و محلی منتقل کند.

به گزارش سرویس علمی تکناک ، این روش تازه می‌تواند دنیای تولید آب اکسیژنه را دگرگون کند. پراکسید هیدروژن یا آب‌اکسیژنه ترکیبی شیمیایی با فرمول H₂O₂ است که به‌عنوان یک اکسیدکننده قوی شناخته می‌شود.

این ماده بی‌رنگ، ناپایدار و ضدعفونی‌کننده است و به‌سرعت در آب و اکسیژن تجزیه می‌شود. کاربردهای آن گسترده است: در ضدعفونی زخم‌ها، سفیدکنندگی کاغذ و منسوجات، تصفیه آب، صنایع غذایی، تمیزکننده‌های خانگی، فرآیندهای الکترونیکی و حتی در سوخت‌های خاص. به دلیل تولید اکسیژن فعال، در از بین‌بردن باکتری‌ها و ویروس‌ها بسیار مؤثر است و در غلظت‌های مختلف، از مصارف خانگی تا صنعتی، به کار می‌رود.

مصرف جهانی پراکسید هیدروژن سالانه حدود ۶ تا ۷ میلیون تن برآورد می‌شود. این عدد طی دو دهه گذشته رو به افزایش بوده و با رشد صنایع کاغذ، بهداشت، تصفیه آب و الکترونیک، انتظار می‌رود در سال‌های آینده نیز روند صعودی خود را حفظ کند.

تا امروز، بیشتر این ماده در کارخانه‌های خیلی بزرگ تولید می‌شود. روشی که سال‌هاست استفاده می‌شود «فرایند آنتراکینون» نام دارد. این روش به انرژی زیاد و مواد شیمیایی خطرناک وابسته است و مقدار زیادی پسماند تولید می‌کند. علاوه بر این، کارخانه‌ها مجبورند آب اکسیژنه را پس از تولید، در حجم‌های زیاد به شهرهای مختلف بفرستند. انتقال این ماده در حجم بالا خطرناک است، زیرا این ترکیب به شدت واکنش‌پذیر است و اگر درست جابه‌جا نشود می‌تواند حادثه‌ساز شود.

علیرضا عباس‌پورراد، استاد شیمی مواد غذایی در دانشگاه کورنل، گفت که این شیوه قدیمی دیگر مناسب دنیای امروز نیست و مشکلات زیادی از نظر محیط‌زیستی و ایمنی دارد. او توضیح داد که تولید آب اکسیژنه در کارخانه‌های بزرگ هم پرهزینه است و هم باعث آلودگی می‌شود.

برای حل این مشکل، گروه پژوهشی کورنل دو ماده جدید ساختند که می‌توانند نور خورشید را جذب کنند و با کمک آن نور، آب و اکسیژن هوا را به آب اکسیژنه تبدیل کنند. این دو ماده جدید، ATP-COF-1 و ATP-COF-2 نام دارند. این مواد مثل «پنل خورشیدی شیمیایی» عمل می‌کنند و انرژی نور را تبدیل به انرژی لازم برای واکنش شیمیایی می‌کنند.

امین زاده‌نظراری، نویسنده اصلی پژوهش، گفت که این مواد بسیار پایدارند و می‌شود بارها از آن‌ها استفاده کرد. او توضیح داد که این روش کمک می‌کند آب اکسیژنه درست در همان محلی تولید شود که لازم است. مثلاً در بیمارستان‌ها، تأسیسات تصفیه آب، کارگاه‌های صنعتی یا حتی در مناطق دورافتاده و روستاها.

به گفته او، اگر این روش در آینده وارد مرحله تولید صنعتی شود، دیگر لازم نیست این ماده خطرناک در مسافت‌های زیاد جابه‌جا شود. این موضوع هم هزینه‌ها را کم می‌کند و هم خطرهای احتمالی را کاهش می‌دهد. به علاوه، این روش چون فقط از نور خورشید و آب استفاده می‌کند، هیچ آلودگی تولید نمی‌کند و یک روش پاک و سازگار با محیط‌زیست است.

البته زاده‌نظریبه یک چالش مهم هم اشاره کرد. او گفت که روش قدیمی آنتراکینون، با وجود اینکه آلاینده و خطرناک است، اما ارزان تمام می‌شود. بنابراین برای اینکه روش تازه جایگزین آن شود باید هزینه تولید کاهش پیدا کند. گروه پژوهشی اکنون تلاش می‌کند مواد جدید را ارزان‌تر بسازد و دستگاه‌های کوچک و قابل‌حمل طراحی کند که بتوانند در دنیای واقعی مورد استفاده قرار بگیرند.

این فناوری بر پایه نوعی ساختار شیمیایی به نام «چارچوب‌های آلی کووالانسی» ساخته شده است. این ساختارها مثل اسفنج‌های بلوری رفتار می‌کنند. یعنی نور را جذب می‌کنند، الکترون‌ها را جابه‌جا می‌کنند و واکنش شیمیایی را جلو می‌برند. این ساختارها در سال‌های گذشته به دلیل مشکلات پایداری کمتر استفاده می‌شدند اما پژوهش اخیر نشان داده که نسخه‌های جدید آن‌ها بسیار قابل اعتمادتر هستند.

عباس‌پورراد گفت اگر این روش گسترش پیدا کند، صنعت شیمیایی متحول خواهد شد. چون مواد شیمیایی مهم به جای چند کارخانه بزرگ، در هزاران نقطه کوچک ساخته می‌شوند. این کار باعث کاهش مصرف سوخت، کاهش آلودگی و کم شدن خطرهای حمل‌ونقل مواد شیمیایی می‌شود.

پژوهشگران کورنل اکنون در حال ساخت نمونه‌های اولیه دستگاه‌هایی هستند که بتوانند این مواد را در مقیاس واقعی به کار بگیرند. هدف این است که در آینده، یک دستگاه متوسط بتواند در بیمارستان یا کارخانه نصب شود و روزانه مقدار لازم آب اکسیژنه را تولید کند.

زاده‌نظریگفت که این پروژه فقط آغاز یک مسیر جدید است و می‌تواند آینده تولید مواد ضدعفونی‌کننده و مواد تصفیه آب را کاملاً تغییر دهد. او گفت که اگر این فناوری فراگیر شود، تولید آب اکسیژنه پاک‌تر، ایمن‌تر و قابل‌دسترس‌تر خواهد شد.

نشریه Nature Communications گزارش داد که صنعت شیمیایی زیر فشار جهانی برای کاهش آلودگی و مصرف انرژی است و روش خورشیدی دانشگاه کورنل می‌تواند یکی از مهم‌ترین راه‌های رسیدن به این هدف باشد.