استفاده از پودر فلزات به جای سوخت‌های فسیلی

گروهی از پژوهشگران موفق به طراحی سازوکاری برای استفاده از پودر فلزات به منظور تولید انرژی آن هم بدون آلاینده‌های رایج کربنی شدند.

کد خبر: ۱۲۰۰۳۹۹

تاریخ: ۲۳ آذر ۱۳۹۴ - ۰۷:۰۸

به گزارش خبرگزاری دانا از سیناپرس، امروزه شکل‌های مختلفی از انرژی پاک و بدون آلایندگی در جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما آیا فلزات نیز می‌توانند به عنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرند؟

به تازگی گروهی از پژوهشگران دانشگاه مک گیل در کانادا نتایج پژوهش خود را منتشر کردند. بر اساس این پژوهش، شاید در آینده بتوان از فلزات به عنوان سوخت مورد نیاز برای تامین انرژی استفاده کرد. این تیم پژوهشی در حال بررسی ویژگی‌های احتراقی پودر فلزات است تا به این ترتیب به میزان کارایی این پودرها به عنوان جایگزینی بهتر نسبت به سوخت‌های فسیلی و حتی گزینه‌ای بهتر نسبت به مواردی نظیر زیست سوخت، هیدروژن و حتی باتریهای الکتریکی پی ببرند.

با اینکه شاید در نگاه همه ما، فلزات جزو موادی باشند که آتش نمی‌گیرند، اما وقتی فلزات به شکل پودر در می‌آیند، وضعیت متفاوت خواهد بود. تقریبا هر چیزی که به صورت پودر و ذرات بسیار ریز درآید می‌تواند آتش گرفته و حتی در شرایطی مناسب، منفجر شود. دلیل این مساله به افزایش سطح تماس مواد در حالتی که به پودر تبدیل می‌شوند ارتباط دارد.

این مساله تاکنون بارها مورد آزمایش قرار گرفته است. برای نمونه از پودر آهن و یا آلومینیوم به عنوان رنگ دهنده به آتش در آتش بازی استفاده می‌شود. همچنین از این مواد در سوخت جامد موشک‌های فضایی نیز استفاده می‌شود. در این میان، این تیم پژوهشی امیدوار است بتواند از پودر فلزات به عنوان منبعی کاربردی برای تامین انرژی روزمره استفاده کند.

تیم مک گیل توضیح می‌دهد که پودر فلزات نمی‌تواند همانند سوخت‌های فسیلی، یک منبع اولیه انرژی باشد. در مقابل، این مواد می‌توانند به عنوان واسطه‌ای برای ذخیره انرژی‌هایی نظیر انرژی هسته‌ای و یا برق آبی به کار روند. در این صورت از این انرژی‌ها می‌توان برای تبدیل لزات به پودری یکدست، خالص و اشتعال‌پذیر می‌توان استفاده کرد. در این صورت این پودر فلزی را می‌توان برای کاربردهای دیگری نظیر احتراق خارجی و یا موتورهای گرمایی نظیر موتورهای بخار مورد استفاده قرار داد.

بررسی‌های آزمایشگاهی نشان داد که شعله ایجاد شده توسط پودر فلزی شباعت زیادی به شعله حاصل شده از سوخت‌های هیدروکربنی دارد. آنها مشاهده کردند که توان موتور دارای سیستم احتراق پودر فلز ، تقریبا مشابه توان موتورهای احتراق داخلی معمولی بود.

نکته اصلی در این میان این است که پودر فلزی باید به شکلی یکدست بسوزد و شعله‌ای پایدار داشته باشد. این تیم پژوهشی یک سازوکار نیز برای این منظور طراحی کردند. در این طرح جریان هوا از طریق جریانی از پودر فلزی وارد محفظه شده و پس از ترکیب این دو، خاکستر ناشی از سوختن جدا شده و گاز نیتروژن پاک از آن خارج می‌شود و گرمای تولیدی نیز برای به حرکت درآوردن موتور مورد استفاده قرار می‌گیرد.

استفاده از پودر فلزی به عنوان ماده سوختی چند مزیت عمده دارد. نخست اینکه حمل‌و‌نقل آنها ساده بوده و نیاز به تانکرهای ویژه و سیستم سرمایشی ندارد. دوم اینکه حجم این سوخت به مراتب کمتر از هیدروژن بوده و چگالی انرژی آن نیز بیشتر از باتری‌های معمولی است. افزون بر این، از آنجا که این پودرها می‌توانند موتورهای گرمایی را به حرکت درآورند، می‌توان از این شیوه برای به حرکت درآوردن خودرو و یا حتی نیروگاه‌های تولید برق نیز استفاده کرد.

مزیت بعدی این است که پودر فلزات قابل بازیافت است. وقتی این پودرها می‌سوزند، اکسید فلزی غیرسمی و پیاداری ایجاد می‌شود که می‌توان آن را جمع آوری کرده و طی فرآیندی دوباره به فلز تبدیل کرد و به این ترتیب کمترین میزان دی اکسید کربن و یا سایر آلاینده‌ها را تولید کرد.

تیم پژوهشی دانشگاه مک گیل بر این باور است که اگر موتور مبتنی بر پودر فلزی ساخته شده و فراگیر شود، در این صورت پودر آهن اصلی‌ترین گزینه پیش رو برای استفاده خواهد بود. این پودر نه تنها قیمتی اندک دارد، بلکه هم اکنون در صنایع متالورژی، شیمیایی و الکترونیکی، حجم زیادی از این پودر تولید می‌شود. البته در این میان باید توجه داشت که پودر آهن تولیدی تا حد امکان فاقد کربن باشد.

این تیم در حال حاضر بر روی ساخت یک دستگاه سوزاننده پودر فلزی کار می‌کند که بتوان آن را به موتور گرمایی معمولی متصل کرد و به این ترتیب چرخه انرژی بدون دی اکسید کربن را شکل داد.

با وجود اینکه این فناوری هنوز به مرحله تجاری سازی نرسیده است، اما استفاده از سوخت‌هایی کم هزینه از جنس پودر فلزی می‌تواند جایگزینی بسیار ارزشمند به جای سوخت‌هایی نظیر بنزین و یا گازوئیل باشد.

جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریه Applied Energy منتشر شده است.