راهکار محققان ایرانی برای کاهش آلودگی هوا

با وجود آن که راهکارهایی برای کاهش حضور آلاینده‌ها در محیط زیست وجود دارد، اما دلسوزی و آینده نگری در رابطه با سلامت محیط‌زیست در دنیا و ازجمله ایران به‌نظر می‌رسد، بیشتر در حد شعار و حرف است و بخش اعظم اقدامات پیشگیرانه برنامه‌ریزان و مسئولان دولتی در حد بخشنامه و دستورهای کاغذی است که اگر این نبود، طی سالیان گذشته تا امروز،‌ حداقل شاهد افزایش محسوس کیفیت خودروها از سوی خودروسازان می‌توانستیم باشیم.‌

با وجود این، فعالان و محققان محیط زیست همچنان تلاش می‌کنند، نه‌تنها منابع طبیعی را از نابودی نجات دهند، بلکه جان میلیون‌ها میلیون انسانی را که به بیماری‌های مختلف قلبی ـ عروقی، تنفسی همچون آسم، برونشیت و انواع سرطان‌های مرتبط مبتلا شده‌اند، نجات دهند. در این ارتباط،‌ محققان کشورمان در دانشگاه صنعتی امیرکبیر برای اولین بار در جهان، موفق به تولید ماده‌ای شده‌اند که می‌تواند نقش بسیار موثری در دستیابی جوامع به هوای پاک داشته باشد.

ویژگی‌های جالب فتوکاتالیست‌ها

دکتر الهه کوثری، عضو هیات علمی گروه شیمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر درباره این پژوهش به جام‌جم می‌گوید: فتوکاتالیست‌ها (TiO2) مواد حساس به نوری هستند که با تابش نورخورشید، الکترون‌هایی را آزاد می‌کنند که باعث تخریب آلاینده‌ها و در نتیجه پاکسازی محیط می‌شوند.

وی ادامه می‌دهد: با وجود آن که استفاده از فتوکاتالیست‌های ارزان‌قیمت، بر پایه دی‌اکسید تیتانیوم بسیار مورد توجه است، اما محدودیت‌های آن از جمله تخریب با استفاده از نور در ناحیه‌ فرابنفش باعث شده تا کاربرد این ماده همراه ترکیبات گرافنی مورد توجه قرار گیرد.

گرافن اکساید ورقه‌ای دو بعدی از اتم‌های کربن در یک پیکربندی شش‌ضلعی (لانه‌زنبوری) است که در آن اتم‌های کربن با هیبرید SP2 به هم متصل شده‌اند. ویژگی‌های استثنایی گرافن مانند چگالی بالای جریان، بی‌اثر بودن شیمیایی، هدایت حرارتی بالا، عبور نوری و آب گریزی فوق‌العاده، در مقیاس نانو موجب شده تا از یک ماده‌ ناشناخته به ماده‌ای بسیار مهم در زمینه‌های مختلف علم و فناوری تبدیل شود.

دکتر کوثری از دیگر خواص گرافن اکساید به امکان اصلاح سطح و تبدیل آن به ترکیبی اشاره می‌کند که با منواکسید، کمپلکس پایدار ایجاد می‌کند و ادامه می‌دهد: در این طرح، دو خاصیت فتوکاتالیست و گرافن اکساید اصلاح شده با هم تلفیق شد و یک نانوکامپوزیت با بازدهی بالا به دست آوردیم. این ترکیب موجب شده، ماده جدید از قدرت بالایی برای تخریب انواع آلاینده‌ها ازجمله منواکسیدکربن برخوردار باشد.

فرآیند دستیابی به نانوفتوکاتالیست‌های جدید

به گفته دکتر کوثری در این پژوهش، ابتدا لایه‌ نازک دی‌اکسید تیتانیوم، به روش لایه نشانی بخار شیمیایی پلاسمایی روی صفحه‌ای از جنس کوارتز قرارگرفت. سپس سطح گرافن اکسید برای تشکیل بهتر کمپلکس با فلز کروم و مایع یونی اصلاح شد. در مرحله‌ بعد، گرافن اکسید اصلاح شده روی لایه‌ نازک دی‌اکسید تیتانیوم نشانده شده و در نهایت فیلم نانوکامپوزیتی حاصل به‌منظور ارزیابی عملکرد فتوکاتالیستی در دستگاه فتوکاتالیست نصب و آزمون‌های مربوطه انجام شده است.

دکتر کوثری درباره نتایج آزمایش می‌گوید: با کمک این فتوکاتالیست موفق شدیم، میزان مونوکسیدکربن موجود در نمونه را به میزان ۹۷ درصد تخریب کنیم که این نتیجه در مقایسه با سایر فتوکاتالیست‌ها بسیار قابل توجه است، ضمن آن که این صفحه‌ فتوکاتالیستی میزان گزینش‌پذیری بالایی را در جذب و حذف منواکسید کربن نمایان کرده است.

تاثیر نانوفتوکاتالیست‌ها بر کیفیت خودروها

یک روش مناسب برای کاهش گازهای آلاینده خروجی از خودروها استفاده از مبدل کاتالیزوری است. مبدل‌های کاتالیزوری با فعل و انفعالات شیمیایی، هیدروکربن‌ها و منواکسیدکربن را به دی‌اکسیدکربن و آب و اکسید‌های نیتروژن‌دار را به ازت، تبدیل می‌کنند. استفاده از مبدل‎های کاتالیزوری در صنایع خودروسازی در سال ۱۳۳۹/ ۱۹۶۰ مطرح و سال ۱۳۴۷/ ۱۹۶۸ برخی از خودروهای مورد استفاده در آمریکا مجهز به مبدل کاتالیزوری شدند. سال ۱۳۴۹/ ۱۹۷۰ ورقه‌ فلزی نازکی از استیل کرکره مانند به عنوان پایه‌ مبدل‎ کاتالیزوری استفاده شد. سال ۱۳۵۴/ ۱۹۷۵ در ایالات متحده استفاده از مبدل‎های کاتالیزوری در خودروها الزامی و حدود ۱۰ سال بعد در ژاپن و اروپا نیز استفاده از مبدل‎های کاتالیزوری آغاز شد.

درکاتالیزور‌های سه راهه که به عنوان مبدل‌های کاتالیزوری در اگزوز اتومبیل‌ها استفاده شده‌اند، فلزات گرانبهای پلاتین، پالادیوم و رودیوم است که روی پایه‌ CeO2–γ-Al2O3 قرار دارند. آلاینده‌های گاز اگزوز با عبور از روی این کاتالیزور‌ها به مواد بی ضرر یا کم ضرر تبدیل می‌شوند. به‌علت قیمت بالا و همچنین محدودیت منابع فلزات گرانبها، تلاش برای پیدا کردن ترکیب کاتالیزوری متفاوت در حال انجام است تا استفاده از این فلزات را در مبدل‌های کاتالیزوری به حداقل رسانده،‌ یا جایگزین آنها شود.

به گفته این محقق گروه شیمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، کامپوزیت گرافن‌اکساید اصلاح شده کاربردهای متعدد دارد که به صورت ویژه بیشترین کارکرد آن در مبدل‌های کاتالیزوری است.

دکتر کوثری در پاسخ این پرسش که آیا امکان استفاده از این ماده جدید در کفپوش‌ خیابان به منظور کاهش میزان آلایندگی‌ها وجود دارد، می‌گوید: برخی کشورهای اروپایی از فتوکاتالیست‌ها در کفپوش خیابان‌ها برای رفع آلایندگی‌های سطحی استفاده می‌کنند، اما استفاده از نانوکامپوزیت ـ فتوکاتالیست به دست آمده در این تحقیق مقرون‌به‌صرفه نیست و همان گونه که اشاره شد، بیشترین کارکرد این ماده در صنعت خودروسازی و البته کارخانه‌های پتروشیمی است.

زمینه‌ای برای رقابت پذیری خودروهای داخلی و خارجی

شرکت‌‌های خودروسازی در ایران از سال ۱۳۸۲ نصب مبدل‎ کاتالیزوری را در خودروهای داخلی آغاز کردند. قبل از این تاریخ خودروها بدون استاندارد بوده‌اند و به‌همین دلیل، آلایندگی این خودروها بیش از ۳۰ برابر سایر خودروهاست و بر این اساس طرح از رده خارج کردن خودروهای مدل ۱۳۸۲ به پایین در سازمان حفاظت از محیط زیست ارائه شده است. احتمال می‌رود، در تعدادی از خودروهای تولیدی سه ماهه آخر سال ۱۳۸۶ نیز قطعه کاتالیست نصب نشده باشد. به موجب طرح جامع کاهش آلودگی هوا، آزمون صحت مبدل‎ کاتالیزوری و کربن کنیستر در معاینات فنی خودروها به منظور صدور برگه و برچسب معاینه فنی از ابتدای سال ۹۱ اجباری است

مبدل‎ کاتالیزوری که در خودروهای داخلی استفاده می‌شود، خیلی ضعیف است. دکتر کوثری این مطلب را بر اساس بررسی‌های انجام گرفته توسط دانشجویانش می‌گوید و ادامه می‌دهد: طبق این بررسی‌ها می‌توان گفت،‌ مبدل‎ کاتالیزوری که روی اتومبیل‌های جدید خارجی وجود دارد، در اتومبیل‌های ایرانی وجود ندارد.

وی درباره تاثیر استفاده از این ماده در افزایش هزینه‌های تولید خودرو می‌گوید: درست است که استفاده از این ماده هزینه‌بر است و تا حدودی در افزایش قیمت تولید بر مصرف‌کننده تاثیر می‌گذارد،‌ اما این افزایش هزینه‌ها به قدری نیست که بتواند مانع به کارگیری نانوفتوکاتالیست‌ها باشد، ضمن آن که کاهش میزان آلایندگی در کاهش هزینه‌های هنگفت مربوط به محیط زیست، سلامت و کاهش میزان مرگ و میر ناشی از آلاینده‌های هوا تاثیر بسزایی دارد.

این عضو هیأت علمی گروه شیمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر تأکید می‌کند: کاهش و رفع آلاینده‌های هوا صرفا از طریق به‌کارگیری فتوکاتالیست‌ها در کفپوش‌ها امکانپذیر نیست. تا زمانی که موتور خودروها و مبدل‎ کاتالیزوری اصلاح نشوند، نمی‌توان انتظار بهبود وضعیت هوا را داشت. بنزین، موتور خودرو و مبدل‎ کاتالیزوری باید با هم اصلاح شود. اگر مبدل‌های‎ کاتالیزوری اصلاح شوند، اما در کیفیت موتور خودرو تغییر مناسبی ایجاد نشود، بهبود وضعیت مبدل‎ کاتالیزوری فایده‌ای ندارد. این موضوع درباره کیفیت بنزین نیز صدق می‌کند.

وی ادامه می‌دهد: برای مشاهده کاهش آلاینده ‌های هوا لازم است، خودروسازان همزمان برای اصلاح بخش‌های مذکور اقدام کنند. این اصلاحات باعث می‌شود، دیگر تفاوتی در کیفیت خودروهای داخلی و خارجی وجود نداشته باشد.