ریپورتر
15th November 2009, 07:35 PM
ساخت هيدروژن از نشاسته، راهي براي به حرکت درآوردن ماشين ها
روشي جديد براي توليد هيدروژن از ذرت و سيب زميني، مي تواند کاربرد ماشين هاي با سلول سوختي را افزايش دهد.
پژوهشگران با استفاده از جوشانده آنزيم هاي جمع آوري شده از موجودات زنده، روشي جديد براي تبديل نشاسته، که از منابع بي شماري ازجمله ذرت و سيب زميني قابل تهيه مي باشد، به گاز هيدروژن در دما و فشار پايين به دست آورده اند. روش جديد تا سه برابر روش هاي قديمي موجود هيدروژن توليد مي کند، که اميد استفاده از هيدروژن براي ماشين هاي با سلول سوختي را افزايش مي دهد.
عليرغم اينکه اين گونه ماشين ها به علت توليد نکردن هيچگونه آلودگي ايده آل هستند، اما به دست آوردن راه هاي پاک و اقتصادي براي توليد، ذخيره و جابه جايي هيدروژن مورد نياز براي آنها مشکل ساز است. مرسوم ترين اين روش ها، استخراج هيدروژن از سوخت هاي فسيلي است. جدا کردن هيدروژن موجود در آب به انرژي بالايي احتياج دارد و به همين خاطر پرهزينه است. شيوه جديد با پيشرفت در را هاي تجربي گذشته براي استخراج هيدروژن از موجودات زنده با استفاده از درجه حرارت پايين، روشي مناسب و اقتصادي ايجاد کرده است.
محققين، که متشکل از گروه هايي از از دانشگاه ويرجينياتک(Virginia Tech) در بلکسبرگ، کتابخانه ملي شهر اُک ريج(Oak Ridge) و دانشگاه جورجيا در شر آتن مي باشند، 13 آنزيم تجاري را به دور از مخمرها و باکتري، با اسفناج و گوشت خرگوش ترکيب کردند. اين کار در مقاله اي بر روي سايت PLoS ONE توسط کتابخانه عمومي علوم قرار گرفته است.هيدروژن از دو منبع به دست مي آيد: نشاسته و آبي که براي اکسيد کردن نشاسته به کار مي رود. به گفتة ي. پرسيوال ژانگ، استاد سيستم هاي زيستي در ويرجينياتک، آنزيم ها در تبديل کامل آب و نشاسته به هيدروژن و کربن دي اکسيد کمک مي کنند. (کربن دي اکسيد آزاد شده براي تامين کربن دي اکسيد مورد نياز گياه هاي توليد کننده نشاسته مصرف مي شود.)
سيستم جديد بازده بيشتري نسبت به روش تجربي قبلي براي توليد هيدرژن از شکر دارد. اما با وجود اينکه بازده اين روش بالاست، سرعت هاي توليد گاز بسيار پايين است. ژانگ دليل اين امر را به بهينه نکردن سيستم و استفاده کردن محققين از آنزيم هاي معمولِ موجود، نسبت مي دهد. پروژه بعدي دانشمندان بررسي جزئيات هر مرحله و يافتن عوامل محدود کننده سرعت خواهد بود.
به عنوان مثال مايکل آدامز، پروفسور بيوشيمي و زيست شناسي مولکولي دانشگاه جورجيا، معتقد است که امکان دارد محصول جانبي در يک مرحله سرعت مراحل بعد را کاهش دهد. محققين به دنبال راهي براي جايگزيني آنزيم ها و يا انجام آزمايش ها به نحوي که کمترين مقدار محصول جانبي توليد شود هستند. يکي ديگر از تحقيقات آنها حول آنزيم هايي است که در درجه خرارت بالاتر نيز نتيجه دهند. ژانگ مي گويد: «اگر درجه حرارت را 10 درجه افزايش دهيم، سرعت آزمايش 2 برابر مي شود.»
به گفته ژانگ يکي از اولين قابليت هاي سيستم، توليد هيدروژن براي سلول هاي سوختي موجود در لوازم الکترونيکي قابل حمل خواهد بود. براي چنين سيستم هاي کوچکي، نگه داري نشاسته از نگه داري متانول به عنوان منبع انرژي بي خطرتر است. وي رسيدن به چنين هدفي را تا حدود 6 تا 8 سال ديگر برآورد مي کند. او اميدوار است که با استفاده از اين روش ها سرانجام بزرگترين مشکل کنوني اين نوع وسايل را حل کند: حمل مقدار کافي سوخت توسط ماشن براي رقابت با ماشين هاي گازوئيل سوز.
اما برخي از روساي دپارتمان انرژي(DOE) در اينکه اين ماشين ها به اندازه کافي سبک باشند شک دارند. سونيتا ساتياپال، رئيس گروه ذخيره هيدروژن DOE، اشاره مي کند که تخمين محققين شامل وزن ماده اوليه توليد هيدروژن نمي شود. به گفته وي حتي در صورتي که آب استفاده شده بازيافت شود، با احتساب وزن آب وزن کل تقريباً 2 برابر مي شود.به اين ترتيب احتمالاً وزن اين ماشين ها بيشتر از آن مي شوند که بتوانند در محدوده سرعت با ماشين هاي گازوئيلي برابري کنند.
وي همچنين يادآوري مي کند که سرعت هيدروژن توليدي مقدار مورد نياز براي استفاده ماشين ها را در زمان لازم به دست نمي دهد، و با نگاه خوش بينانه هم افزايش سرعت به مقدار مناسب بسيار سخت خواهد بود.
اما حتي اگر سيستم جديد براي استفاده در ماشين ها کارآمد نباشد، براي استفاده در مراکز سوختگيري مناسب خواهد بود. يکي از مشکلات توليد هيدروژن، فشرده کردن و جابه جا کردن آنها از محل توليد به محل مصرف است، که با توليد در محل مورد نياز، مثل جايگاه هاي سوختگيري يا منازل، اين مشکل قابل حل مي باشد. براي مصارفي از اين قبيل، از آنجا که هيدروژن مي تواند 24 ساعته در يک منبع توليد شود، به سرعت بالايي که روي وسايل نقليه مورد نياز است، احتياج نيست.
همچنان عده اي با تصور کلي توليد سوخت از نشاسته مخالف اند. جان داچ، پروفسور شيمي دانشگاه MIT، مي گويد: «تبديل غذا به هيدروژن ايده خوبي نيست.» امروزه نياز به ذرت براي ساخت اتانول، قيمت مواد غذايي را افزايش داده، که تبديل نشاسته ذرت به هيدروژن مي تواند باعث دامن زدن به اين مشکل شود.
اما ژانگ عقيده دارد که تبديل استفاده از ذرت موجود براي ساخت هيدروژن بهتر از تبديل آن به اتانول است، چرا که سلول هاي سوختي تا 3 برابر کارآمدتر از موتورهاي احتراق داخلي با سوخت اتانول هستند. اما با اين وجود او نشاسته را راه حلي موقتي مي داند. ژانگ همچنين روي روشي کار مي کند که براي شروع از سلولز؛ که جزء قسمت غيرخوراکي گياه است، استفاده کند.
منبع: www.technologyreview.com
روشي جديد براي توليد هيدروژن از ذرت و سيب زميني، مي تواند کاربرد ماشين هاي با سلول سوختي را افزايش دهد.
پژوهشگران با استفاده از جوشانده آنزيم هاي جمع آوري شده از موجودات زنده، روشي جديد براي تبديل نشاسته، که از منابع بي شماري ازجمله ذرت و سيب زميني قابل تهيه مي باشد، به گاز هيدروژن در دما و فشار پايين به دست آورده اند. روش جديد تا سه برابر روش هاي قديمي موجود هيدروژن توليد مي کند، که اميد استفاده از هيدروژن براي ماشين هاي با سلول سوختي را افزايش مي دهد.
عليرغم اينکه اين گونه ماشين ها به علت توليد نکردن هيچگونه آلودگي ايده آل هستند، اما به دست آوردن راه هاي پاک و اقتصادي براي توليد، ذخيره و جابه جايي هيدروژن مورد نياز براي آنها مشکل ساز است. مرسوم ترين اين روش ها، استخراج هيدروژن از سوخت هاي فسيلي است. جدا کردن هيدروژن موجود در آب به انرژي بالايي احتياج دارد و به همين خاطر پرهزينه است. شيوه جديد با پيشرفت در را هاي تجربي گذشته براي استخراج هيدروژن از موجودات زنده با استفاده از درجه حرارت پايين، روشي مناسب و اقتصادي ايجاد کرده است.
محققين، که متشکل از گروه هايي از از دانشگاه ويرجينياتک(Virginia Tech) در بلکسبرگ، کتابخانه ملي شهر اُک ريج(Oak Ridge) و دانشگاه جورجيا در شر آتن مي باشند، 13 آنزيم تجاري را به دور از مخمرها و باکتري، با اسفناج و گوشت خرگوش ترکيب کردند. اين کار در مقاله اي بر روي سايت PLoS ONE توسط کتابخانه عمومي علوم قرار گرفته است.هيدروژن از دو منبع به دست مي آيد: نشاسته و آبي که براي اکسيد کردن نشاسته به کار مي رود. به گفتة ي. پرسيوال ژانگ، استاد سيستم هاي زيستي در ويرجينياتک، آنزيم ها در تبديل کامل آب و نشاسته به هيدروژن و کربن دي اکسيد کمک مي کنند. (کربن دي اکسيد آزاد شده براي تامين کربن دي اکسيد مورد نياز گياه هاي توليد کننده نشاسته مصرف مي شود.)
سيستم جديد بازده بيشتري نسبت به روش تجربي قبلي براي توليد هيدرژن از شکر دارد. اما با وجود اينکه بازده اين روش بالاست، سرعت هاي توليد گاز بسيار پايين است. ژانگ دليل اين امر را به بهينه نکردن سيستم و استفاده کردن محققين از آنزيم هاي معمولِ موجود، نسبت مي دهد. پروژه بعدي دانشمندان بررسي جزئيات هر مرحله و يافتن عوامل محدود کننده سرعت خواهد بود.
به عنوان مثال مايکل آدامز، پروفسور بيوشيمي و زيست شناسي مولکولي دانشگاه جورجيا، معتقد است که امکان دارد محصول جانبي در يک مرحله سرعت مراحل بعد را کاهش دهد. محققين به دنبال راهي براي جايگزيني آنزيم ها و يا انجام آزمايش ها به نحوي که کمترين مقدار محصول جانبي توليد شود هستند. يکي ديگر از تحقيقات آنها حول آنزيم هايي است که در درجه خرارت بالاتر نيز نتيجه دهند. ژانگ مي گويد: «اگر درجه حرارت را 10 درجه افزايش دهيم، سرعت آزمايش 2 برابر مي شود.»
به گفته ژانگ يکي از اولين قابليت هاي سيستم، توليد هيدروژن براي سلول هاي سوختي موجود در لوازم الکترونيکي قابل حمل خواهد بود. براي چنين سيستم هاي کوچکي، نگه داري نشاسته از نگه داري متانول به عنوان منبع انرژي بي خطرتر است. وي رسيدن به چنين هدفي را تا حدود 6 تا 8 سال ديگر برآورد مي کند. او اميدوار است که با استفاده از اين روش ها سرانجام بزرگترين مشکل کنوني اين نوع وسايل را حل کند: حمل مقدار کافي سوخت توسط ماشن براي رقابت با ماشين هاي گازوئيل سوز.
اما برخي از روساي دپارتمان انرژي(DOE) در اينکه اين ماشين ها به اندازه کافي سبک باشند شک دارند. سونيتا ساتياپال، رئيس گروه ذخيره هيدروژن DOE، اشاره مي کند که تخمين محققين شامل وزن ماده اوليه توليد هيدروژن نمي شود. به گفته وي حتي در صورتي که آب استفاده شده بازيافت شود، با احتساب وزن آب وزن کل تقريباً 2 برابر مي شود.به اين ترتيب احتمالاً وزن اين ماشين ها بيشتر از آن مي شوند که بتوانند در محدوده سرعت با ماشين هاي گازوئيلي برابري کنند.
وي همچنين يادآوري مي کند که سرعت هيدروژن توليدي مقدار مورد نياز براي استفاده ماشين ها را در زمان لازم به دست نمي دهد، و با نگاه خوش بينانه هم افزايش سرعت به مقدار مناسب بسيار سخت خواهد بود.
اما حتي اگر سيستم جديد براي استفاده در ماشين ها کارآمد نباشد، براي استفاده در مراکز سوختگيري مناسب خواهد بود. يکي از مشکلات توليد هيدروژن، فشرده کردن و جابه جا کردن آنها از محل توليد به محل مصرف است، که با توليد در محل مورد نياز، مثل جايگاه هاي سوختگيري يا منازل، اين مشکل قابل حل مي باشد. براي مصارفي از اين قبيل، از آنجا که هيدروژن مي تواند 24 ساعته در يک منبع توليد شود، به سرعت بالايي که روي وسايل نقليه مورد نياز است، احتياج نيست.
همچنان عده اي با تصور کلي توليد سوخت از نشاسته مخالف اند. جان داچ، پروفسور شيمي دانشگاه MIT، مي گويد: «تبديل غذا به هيدروژن ايده خوبي نيست.» امروزه نياز به ذرت براي ساخت اتانول، قيمت مواد غذايي را افزايش داده، که تبديل نشاسته ذرت به هيدروژن مي تواند باعث دامن زدن به اين مشکل شود.
اما ژانگ عقيده دارد که تبديل استفاده از ذرت موجود براي ساخت هيدروژن بهتر از تبديل آن به اتانول است، چرا که سلول هاي سوختي تا 3 برابر کارآمدتر از موتورهاي احتراق داخلي با سوخت اتانول هستند. اما با اين وجود او نشاسته را راه حلي موقتي مي داند. ژانگ همچنين روي روشي کار مي کند که براي شروع از سلولز؛ که جزء قسمت غيرخوراکي گياه است، استفاده کند.
منبع: www.technologyreview.com