نانو کاتالیست ایرانی

به گزارش سرویس پژوهش خبرگزاری صدا وسیما: در جد یدترین رتبه‌بندی جهانی، ایران جایگاه پنجم اثرگذاری درعلم نانو را ( با عنوان موج چهارم انقلاب صنعتی) ازآن خود کرده است. از کاربردهای عمده‌ نانوکاتالیست‌ها می‌توان به کاربردهای آن‌ها در تولید بنزین با عدد اکتان بالا، خالص‌سازی آب، پیل‌های سوختی، صرفه‌جویی در انرژی، پیشرانه‌های جامد موشک، تولید بیودیزل، پزشکی، رنگ، سلول‌های خورشیدی با فیلم نازک و غیره اشاره کرد.

نکته مهم در این زمینه ، دانش بنیان بودن شرکت‌های فعال در این حوزه است که با بومی کردن این ابزار در شرایط تحریمی سبب جلوگیری از واردات برای کشور بوده‌اند. این در حالی است که گسترش استفاده از این فناوری در حوزه‌های مختلف نیز رشد چشمگیری داشته است.

 اهمیت نانوکاتالیست‌ها
در زمینه‌ علم نانو که تمام دستگاه‌ها و فناوری‌ها از لحاظ اندازه کوچک و کوچک‌تر می‌شوند و خواص بهبود می‌یابند، کاتالیست‌ها میدان کاربردی مهمی محسوب می‌شوند. تحقیقات در فناوری نانو انتظار تولید کاتالیست‌های جدید را ایجاب می‌کند. در طول دهه‌ گذشته، زمینه‌ نانوکاتالیست‌ها رشد چشمگیری را در انواع کاتالیست‌ها سبب شده است.

از کاربردهای عمده‌ نانوکاتالیست‌ها می‌توان به کاربردهای آن‌ها در تولید بنزین با عدد اکتان بالا، خالص‌سازی آب، پیل‌های سوختی، صرفه‌جویی در انرژی، پیشرانه‌های جامد موشک، تولید بیودیزل، پزشکی، رنگ، سلول‌های خورشیدی با فیلم نازک، و غیره اشاره کرد.

نانوکاتالیست‌ها موادی مهم در فرایندهای شیمیایی، تولید انرژی و صرفه‌جویی در آن و جلوگیری از آلودگی‌های زیست‌محیطی محسوب می‌شوند‌. تبدیل نفت‌ خام، زغال‌سنگ، و گاز طبیعی به سوخت‌ها و تولید محصولات متنوع پتروشیمی و شیمیایی و کنترل انتشار منوکسید کربن، هیدروکربن‌ها، و منوکسید نیتروژن براساس فناوری‌های کاتالیستی انجام می‌شود.

کاتالیست‌ها همچنین اجزای ضروری الکترودها در پیل‌های سوختی هستند. تولید مقادیر زیاد محصولات با استفاده از فراوری مواد خام ارزان‌قیمت، فرایندهای تبدیل شیمیایی غیرمضر برای محیط زیست با مصرف بهینه‌ انرژی، و کاتالیست‌های ارزان‌قیمت با کاهش مصرف یا جایگزینی فلزات گران‌بها انگیزه‌های اصلی توسعه‌ کاتالیست‌های پیشرفته هستند.

کاتالیست می‌تواند سرعت یک واکنش را افزایش دهد: انرژی فعا‌ل‌سازی واکنش را کاهش دهد، به‌عنوان یک تسهیل‌کننده عمل ‌کند، و زمانی که دو یا چند محصول تشکیل می‌شود، بازده‌ واکنش نسبت به یک جزو را افزایش دهد.

بسته به نوع کاربرد، نانوکاتالیست‌ها می‌توانند در تمام روش‌های ذکرشده به‌کار روند. نانوکاتالیست‌ها به دو دلیل موثرتر از کاتالیست‌های معمولی هستند؛ اول، اندازه‌ فوق‌العاده کوچک آن‌ها است که منجر به نسبت مساحت سطح به حجم چشمگیری می‌شود؛ دوم اینکه وقتی مواد به اندازه‌های نانو درمی‌آیند، به خواصی دست می‌یابند که این خواص در اندازه‌ ماکروسکوپی وجود ندارند. همچنین، مشخص شده است که اندازه و فاصله‌ بین نانوذرات تاثیرات مهمی بر روی فعالیت کاتالیستی و انتخاب‌پذیری آن‌ها دارد.

 موارد کاربرد نانوکاتالیست‌ها
نانوکاتالیست‌ها برای اهداف مختلفی به‌کار برده می‌شوند از جمله مهمترین آنها عبارتند از:

- تصفیه‌ آب 
- تولید بیودیزل
- پیل‌های سوختی
- کنترل آلودگی هوا

 
1. تصفیه‌ آب
ترکیبات آلی هالوژنه آلاینده‌های آب هستند. این مولکول‌های آلی، به‌عنوان حلال و افزودنی، نقش مهمی در صنایع گوناگون ازجمله داروسازی ایفا می‌کنند. این ترکیبات، خطرناک و سمی هستند و ممکن است سبب ایجاد مشکلاتی در سلامتی، مانند سرطان، شوند. بنابراین، تجزیه‌ کامل این ترکیبات الزامی است. روش‌های معمولی تصفیه‌ آب نمی‌تواند چنین مشکلی را حل کند.در آزمایش‌های متعدد ثابت شده است که نانوکاتالیست‌ها (پالادیوم/ مگنتیت) به‌طور اطمینان‌بخشی در شرایط مختلف آب عمل می‌کنند.

2. تولید بیودیزل
به‌علت آلودگی محیطی ناشی از سوخت‌های فسیلی و همچنین پایان‌پذیر بودن منابع آن‌ها، نیاز به منابع جدید انرژی در جهان امروزی هر چه بیشتر حس می‌شود. بیودیزل، که به‌عنوان منوآلکیل استرهای اسیدهای چرب تعریف می‌شود، به‌عنوان یکی از سوخت‌های تجدید‌پذیر پاک، توجه بسیاری از تحقیقات را به خود جلب کرده است. استفاده از بیودیزل باعث کاهش انتشار دی‌اکسید کربن در محیط می‌شود.

3. پیل‌های سوختی
پیل سوختی دستگاهی است که از طریق واکنش شیمیایی، برق تولید می‌‌کند. با اینکه هیدروژن سوخت اصلی ورودی پیل‌‌ محسوب می‌شود، برای شکل گرفتن واکنش، به اکسیژن نیز نیاز است. یکی از بزرگ‌ترین جذابیت‌‌های پیل سوختی این است که الکتریسیته با کمترین میزان آلودگی تولید می‌شود. در واقع، بیشترین میزان از اکسیژن و هیدروژن ورودی به پیل، در نهایت به شکل یک محصول فرعی بی‌‌خطر، یعنی آب، ترکیب خارج می‌‌شود

4. کنترل آلودگی هوا
منوکسید کربن، هیدروکربن‌ها، و منوکسید‌ نیتروژن آلاینده‌های عمده‌‌ هوا هستند. مبدل‌های کاتالیستی به‌طرز موثری انتشار این آلاینده‌ها را کاهش می‌دهند.

 کاربرد این فناوری در ایران؛ اعتماد صنعت پتروشیمی کشور به تولید وطنی
تنها در یک نمونه، بیش از ۲ هزار تن از نانوکاتالیست‌های شرکت دانش بنیان توسعه صنایع نفت و گاز سرو، در سال 1398 توسط مجتمع های پتروشیمی، پالایشی و فولادی کشور خریداری شده که این امر حاکی از اعتماد صنایع کشور به محصولات دانش‌بنیان داخلی دارد.

شرکت توسعه صنایع نفت و گاز سرو یکی از تولیدکنندگان نانوکاتالیست در کشور، عرضه‌کننده بیش از ۳۰ محصول دانش‌بنیان است که بیشتر این محصولات نیز با استفاده از فناوری‌نانو توسعه یافته‌اند.

از تولیدات این شرکت نانوکاتالیست انتقال آب-گاز دما پایین است. کاتالیستی که در تولید هیدروژن در صنایع پالایشگاهی و در تولید اوره و آمونیاک در صنایع پتروشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرد و پالایشگاه شیراز، شرکت‌های پتروشیمی رازی و پتروشیمی پردیس این نانوکاتالیست‌ها را در فرآیندهای خود استفاده کرده است.

 نتیجه‌گیری
با توجه به مشکلات امروزی مانند آلودگی زیست‌محیطی (آلودگی هوا، آلودگی آب)، کمبود مواد خام اولیه جهت تولید محصولات، و کمبود منابع انرژی، با استفاده از فناوری نانو می‌توان به موادی با خواص فوق‌العاده برای به حداقل رساندن مشکلات دست یافت. نانوکاتالیست‌ها نمونه‌ای از این مواد هستند.

با توجه به اینکه ایران به عنوان یکی از دارندگان بزرگ مخازن گاز جهان است، همواره بازار نانوکاتالیست‌های این حوزه در داخل کشور بسیار وسیع بوده است اما همواره شرکت‌های بزرگ خارجی در حوزه کاتالیست از دیرباز در ایران حضور داشته و ایران را بخشی از بازار خود می‌دانند.

نکته مهم در زمینه محصولات کاتالیستی، شرایطی است که متاثر از تحریم‌ها بر صنعت پتروشیمی کشور وارد شده و تامین نشدن نیاز بازار داخلی سبب توقف خط تولید پالایشگاه‌ها و پتروشیمی‌ها و فولادی‌های کشور را می‌توانست در پی داشته باشد.

اما آنچه امروز هویداست اعتماد به شرکت‌های داخلی سبب‌ساز فرصتی مناسب برای رشد و گسترش محصولات ایرانی در صنعت مهم پالایشگاه و پتروشیمی بوده که علاوه بر صرفه جویی ارزی، منجر به رفع یکی از گلوگاه‌های تحریمی شده است.

 منبع:
اعتماد صنعت پالایشگاه و پتروشیمی کشور به نانوکاتالیست ایرانی- ایرنا - 24 خرداد ۱۳۹۹
استفاده از ۱۰۰ تُن نانوکاتالیست ایرانی به پتروشیمی سبلان و پردیس- ایرنا – 14 تیر 1399
مروری بر نانوکاتالیست‌ها و کاربردهای آن‌ها - سایت آموزش فناوری نانو به نشانی edu.nano.ir
رفع یکی از گلوگاه‌های تحریمی با نانو کاتالیست‌های ایرانی – خبرگزاری مهر - ۱۱ شهریور ۱۳۹۹
جایگاه ایران در فناوری نانو – ایرنا – 18 بهمن


پژوهشگر: یاسر بهشتی