کاهش اثرات یک گاز گلخانه ای مخرب، به نام متان

گاز گلخانه‌ای به گازی در جو یک سیاره گفته می‌شود که در محدوده مادون قرمز به جذب و انتشار پرتوها می‌پردازد. این فرایند علت اساسی اثر گلخانه‌ای است. گازهای گلخانه‌ای موجود در جو زمین که به‌طور طبیعی در آن وجود دارند شامل بخار آب، کربن دی‌اکسید، متان، دی نیتروژن مونوکسید و ازون می‌باشند اما فعالیت‌های بشری، بر سطوح بسیاری از این گازها در جو افزوده‌است. در منظومه شمسی نیز جو ناهید، مریخ و تیتان شامل گازهایی می‌شود که سبب اثر گلخانه‌ای در آن‌ها می‌شود. بدون گازهای گلخانه‌ای، میانگین دمای سطح زمین در حدود منفی 18 درجه سانتیگراد میانگین حاضر خواهد بود.

اثر گلخانه‌ای

زمانی‌که نور خورشید به سطح زمین می‌رسد، مقداری از آن جذب شده و زمین را گرم می‌کند. چون زمین از خورشید سردتر است، آن انرژی را با طول موج‌های بلندتری نسبت به خورشید از خود می‌تاباند پیش از آن‌که آن‌ها در فضا از بین بروند، مقداری از این طول موج‌های بلندتر توسط گازهای گلخانه‌ای در جو زمین جذب می‌شوند. جذب این انرژی تابشی باعث گرم شدن جو می‌شود (جو زمین همچنین در اثر انتقال گرمای محسوس و گرمای نهفته حاصل از سطح نیز گرم می‌شود). گازهای گلخانه‌ای، نور خورشید را هم به سمت سطح زمین و هم به سمت خارج از سطح زمین می‌تابانند. به فرایند بازتابش این نور به سمت سطح زمین که توسط جو انجام می‌شود، اثر گلخانه‌ای می‌گویند.

بخار آب، دی‌اکسید کربن، متان و ازن موثرترین گازهای گلخانه‌ای هستند. با وجودی که نمی‌توان به‌طور دقیق مشخص کرد که سهم هر کدام از این گازها در اثر گلخانه‌ای زمین چقدر است اما بخار آب بین ۳۶٪ تا ۷۰٪، دی‌اکسید کربن بین ۹٪ تا ۲۶٪، متان بین ۴٪ تا ۹٪ و ازن حدود ۳٪ تا ۷٪ در فرایند اثر گلخانه‌ای زمین نقش بازی می‌کنند.

گازهای گلخانه‌ای دیگر، که البته به همین‌ها محدود نمی‌شوند، عبارتند از، نیتروژن اکسید، هگزا فلوراید گوگرد، هیدروفلوروکربنها، پرفلوروکربنها و کلروفلوروکربنها. اجزای اصلی جو یعنی (نیتروژن و اکسیژن) گازهای گلخانه‌ای نیستند، زیرا ملکول‌های دوتایی با هسته‌های یکسان، تشعشع فروسرخ را نه جذب و نه منعکس می‌کنند در نتیجه هیچ تغییر شبکه‌ای در گشتاور دوقطبی در این مولکول‌ها رخ نمی‌دهد.

گازهای گلخانه ناشی از فعالیت انسانی

پراکنشهای جهانی گازهای گلخانه‌ای در۸ مقطع مختلف برای سال ۲۰۰۰ متوقف شده‌است

غلظت گازهای گلخانه‌ای متعدد در طول زمان افزایش یافته‌است. فعالیت انسانی سطوح گازهای گلخانه‌ای عمدتاً در اثر آزادسازی دی‌اکسید کربن افزایش می‌دهد، اما تأثیرات بشر بر گازهای دیگر مانند متان، قابل اغماض نیست. برخی از منابع اصلی گازهای گلخانه‌ای ناشی از فعالیت انسانی عبارتند از:

• سوزاندن سوخت (های) فسیلی و تخریب جنگلها که موجب افزایش غلظت مقادیر دی‌اکسید کربن می‌شود؛
• چارپایان و کشت شالیزاری برنج، استفاده از زمین و تغییرات در ناحیه تالابی، خسارات مربوط به خط لوله(ها)، و پراکنشهای ناشی از تهویه مناطق تحت پوشش دفن زباله سبب تمرکزهای بیشتر متان در جو می‌گردد. بسیاری از سیستمهای سرپوشیده دفع زباله با تهویه کامل و به سبکهای جدیدتر هستند که فرایند تخمیر را افزایش و بهبود می‌دهد که منابع اصلی تولید متان هستند؛
• استفاده از CFCها در سیستمهای تبرید، و کاربرد CFCها و هالون‌ها در سیستمهای اطفاء حریق خاموش سازی آتش و فرآیندهای سازندگی.

گازهای گلخانه‌ای ناشی از صنعت و کشاورزی نقش عمده‌ای را در نمونه مشاهده اخیر از گرم شدن جهان ایفا می‌کند. دی‌اکسید کربن، متان، اکسید نیتروژن و سه گروه دیگر از گازهای فلوئوردار، موضوع (مورد بحث) پروتکل کیوتو قرار دارند که در سال ۲۰۰۵ وارد مرحله اجرائی خود شد. به غیر از خود گاز ازن، متان، اکسید نیتروژن و گازهای مستهلک کننده ازن نیز در این توافق‌نامه‌ها مورد توجه قرار گرفته‌اند. توجه نمایید که استهلاک ازن تنها یک نقش فرعی در گرم شدن گلخانه‌ای دارد، اگرچه این دو فرایند اغلب در رسانه‌های عمومی با یکدیگر اشتباه می‌شوند.

-کاهش اثرات گازگلخانه ای متان

دانشمندان یک مسیر جدید و کارآمد برای تبدیل مستقیم یکی از مخرب ترین گازهای گلخانه ای به مواد شیمیایی اولیه برای تولید پلاستیک، مواد شیمیایی کشاورزی و داروسازی را یافته اند.

دانشمندان USC یک مسیر جدید و کارآمد را برای تبدیل متان – یک گاز مخرب گلخانه ای که باعث تغییرات آب و هوایی می شود – را به طور مستقیم به مواد شیمیایی اولیه برای تولید پلاستیک، مواد شیمیایی کشاورزی و دارویی تبدیل کرده اند.

تصویر مولکول های متان

اعتبار: © polesnoy / Fotolia

در تحقیقات منتشر شده در 4دسامبر  در مجله انجمن شیمی آمریکایی، شیمیدان ها در موسسه تحقیقاتی USC Loker Hydrocarbon گفته شد که آنها راهی برای کمک به استفاده از این گازگلخانه ای فراوان و خطرناک که به طور کلی برای تولید انرژی سوزانده می شود، کشف کردند.

در بین گازهای معمولی گلخانه ای، دی اکسید کربن اغلب به عنوان بیشترین میزان برای تله گرما روی زمین به شمار می رود و باعث گرمایش زمین می شود، با این حال، مخرب ترین نیست.

در بین گازهای گلخانه ای این تمایز متعلق به متان است. براساس گزارش گروه بین المللی تغییرات اقلیمی، تله های متان گرما را بیشتر و بیشتر می کنند و 86 برابر بیش از دی اکسید کربن در طول یک افق 20 ساله باعث گرمایش می شوند.

Patrice T. D. Batamack سرپرست محقق ها، G. K. Surya Prakash نویسنده ارشد و Thomas Mathew از موسسه تحقیقات هیدروکربن LKER USC یک کاتالیزور به نام H-SAPO-34 که از یک کلاس از کریستال های نانو پودر به نام زئولیت ساخته شده است استفاده کردند.

این روش ساده متان را به طور مستقیم به اتیلن و پروپیلن و یا الفین ها تبدیل می کند،  و جایگزین روش سنتی گذشته شده که فرایندهای سخت، گران و ناکارآمد بود و گازهای گلخانه ای را به جو زمین اضافه می کرد. اکثریت اتیلن و پروپیلن از روغن نفت و ترک خوردگی مایع شیل تولید می شود که مقدار زیادی انرژی مصرف می کند.

هنگامی که موسسه تحقیقات USC نخستین جایزه نوبل را برد، George Olah  در سال 1985متان را به الفین ها تبدیل کرد، که این روند نیاز به سه مرحله داشت. بعد از آن، محققان آن را به دو مرحله کاهش داده اند، اما تیم لکور اولین کسانی بودند که تبدیل را با یک کاتالیزور تنها بر اساس زئولیت انجام دادند.

به گفته ی Prakash”زمان تماس، کلیدی است برای کاتالیز ساده و موثر برای تولید سوخت قابل استفاده از متان است. در وضعیت عملی، آنها می گویند، محل است، محل و محل. در شیمی، همه چیز در مورد شرایط است، شرایط و شرایط،”

انتشار گازهای متان در جهان از سال 2007 و به ویژه  در ایالات متحده تولید افزایش یافته است. بر اساس  مطالعه اخیر دانشگاه هاروارد، تنها در طول این قرن به اندازه 60 درصد رشد جهانی  انتشار گازهای متان ساخته ی بشر  متعلق به ایالات متحده می باشد.

به گفته ی بانک جهانی نیز، کشورهایی مانند هند و چین با افزایش عرضه دام و مزارع برنج، دو کشور پیشرو در تولید متان هستند.

“اگر کربن مشکل است، کربن هم باید راه حل باشد“

با وجود این که گاز متان مخرب ترین گازگلخانه ای است و حتی پس از بزرگترین نشت متان در تاریخ ایالات متحده از انبار ذخیره سازی گاز طبیعی Aliso Canyon در چند سال پیش، نشانه هایی که تولید فراوان آن در هر زمان به سرعت کاهش یابد، وجود ندارد.

فرسایش شیل و سایر تکنیک های استخراج منابع، ذخایر گاز طبیعی را افزایش می دهند و دانشمندان لکر معتقدند متان به زودی تبدیل به محبوب ترین مواد اولیه برای تولید محصولات پتروشیمی خواهد شد.

حدود 30 سال پیش، Prakash و معلم او Olah، در ابتدا اصلاح مفهوم “اقتصاد متانول”،  به عنوان یک راه حل مبتنی بر متانول و کاهش چرخه ی تولید گازهای گلخانه ای که سرعت تغییرات آب و هوایی را افزایش می دهد، را شروع کردند.

با وجود ساختار و نام مشابه، به طور متناوب متان با متانول قابل جایگزین نیست، اگر چه بیشتر متانول به صورت مصنوعی از متان تولید می شود. متان گاز طبیعی است و ساده ترین ترکیب یک کربن حاوی هیدروکربن است.

دانشمندان Loker می گویند ممکن است، با کاهش بیشتر مراحل لازم برای تبدیل موثر متان به الیفین ها، به هدف “صرفه جویی متانول” تحقق بخشند.

به گفته ی Prakash “اگر کربن مشکل است، کربن باید راه حل باشد. متان زیادی در جهان وجود دارد و تبدیل شدن آن به محصولاتی است که ما واقعا می توانیم استفاده کنیم.”

این تحقیق با حمایت موسسه تحقیقات هیدروکربن لکر USC و وزارت انرژی ایالات متحده در حال انجام است.

                                                                                                                                     :Source

Materials provided by University of Southern California. Original written by Ian Chaffee. Note: Content may be edited for style and length.

                                                                                                                  :Journal Reference

1. Patrice T. D. Batamack, Thomas Mathew, G. K. Surya Prakash. One-Pot Conversion of Methane to Light Olefins or Higher Hydrocarbons through H-SAPO-34-Catalyzed in Situ Halogenation. Journal of the American Chemical Society, 2017; 139 (49): 18078 DOI: 1021/jacs.7b10725