امکان تبدیل زغال‌سنگ به نانولوله‌کربنی
تاریخ انتشار: ۲۴ دی ۱۴۰۱ | کد خبر: ۳۶۸۴۰۴۷۷
به گزارش خبرگزاری صدا و سیما: در دنیایی که هر سال در حال گرم‌تر شدن است، زغال سنگ اغلب می‌تواند «آدم بد داستان» به نظر برسد. اما ما می‌توانیم با زغال سنگ غیر از سوزاندن کار‌های دیگری نیز انجام دهیم. تیمی در دانشگاه اوهایو از سیستم Bridges-۲ مرکز ابر محاسبات پیتسبورگ برای انجام یک سری شبیه‌سازی استفاده کردند تا نشان دهد چگونه زغال‌سنگ ممکن است در نهایت به مواد با ارزش مانند گرافیت و نانولوله‌های کربنی تبدیل شود.
بیشتر بخوانید:
اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!
اما چرا این موضوع مهم است؟
این روز‌ها دیدگاه منفی نسبت به زغال سنگ وجود دارد. دانشمندان حوزه آب و هوا افزایش متوسط دمای جهانی بین ۲ تا ۱۰ درجه فارنهایت را تا سال ۲۱۰۰ پیش‌بینی می‌کنند. امکان تغییرات شدید در الگو‌های آب و هوا، رشد محصولات کشاورزی را دچار مشکل کرده و سطح آب دریا‌ها را افزایش می‌دهد که همه این‌ها به دلیل استفاده زیاد ما از سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ است؛ بنابراین باید راهی برای کاهش سوازندن زغال‌سنگ پیدا کرد.
دیوید درابولد، استاد برجسته فیزیک در دانشگاه اوهایو، می‌گوید: «روش این کار این است که این ماده را به ترکیبات دیگر تبدیل کرد. شما نمی‌خواهید آن را بسوزانید. اما آیا می‌توانید از آن مصالح ساختمانی بسازید، موادی با ارزش بالا، مانند گرافیت یا نانولوله‌های کربنی؟»
از نظر تئوری، اگر زغال سنگ را در دمای بالا تحت فشار کافی قرار دهید، می‌توانید آن را به گرافیت تبدیل کنید.
دیوید درابولد و تیمش در دانشگاه اوهایو برای کشف چگونگی تبدیل زغال سنگ به مواد ارزشمندی مانند گرافیت، تصمیم گرفتند این مواد را در نرم افزار‌های کامپیوتری شبیه‌سازی کنند. برای بازسازی مجازی تبدیل شیمیایی، آن‌ها به کامپیوتر تحقیقاتی پیشرفته Bridges-۲ روی آوردند. Bridges-۲ ابررایانه برتر مرکز ابرکامپیوتر پیتسبورگ است که توسط بنیاد ملی علوم پشتیبانی می‌شود.
گرافیت خالص مجموعه‌ای از صفحات است که از حلقه‌های شش کربنی تشکیل شده است. نوع خاصی از پیوند شیمیایی به نام پیوند‌های آروماتیک این کربن‌ها را در کنار هم نگه می‌دارد.
در پیوند‌های آروماتیک، الکترون‌های پی در بالا و زیر حلقه‌ها شناور هستند. این ابر‌های الکترونی “لغزنده” باعث می‌شوند که ورق‌ها به راحتی از کنار یکدیگر بلغزند.
پیوند‌های آروماتیک دارای مزیت دیگری هستند که در فناوری الکترونیکی مهم است. الکترون‌های پی به راحتی از حلقه‌ای به حلقه دیگر و از صفحه‌ای به صفحه دیگر حرکت می‌کنند. این باعث می‌شود گرافیت رسانای الکتریسیته باشد، حتی اگر فلز نباشد. این ماده، گزینه‌ای ایده‌آل برای آند باتری است.
در مقایسه، زغال سنگ از نظر شیمیایی نامرتب است. برخلاف ماهیت کاملاً دوبعدی یک ورق گرافیتی، دارای اتصالات سه‌بعدی است. همچنین حاوی هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، گوگرد و سایر اتم‌هایی است که ممکن است تشکیل گرافیت را مختل کنند.
برای شروع مطالعات خود، محققان زغال سنگی را در نظر گرفتند که فقط از اتم‌های کربن در موقعیت‌های تصادفی تشکیل شده بود. با قرار دادن این زغال سنگ ساده شده در معرض فشار و دمای بالا، حدود ۳۰۰۰ کلوین یا تقریباً ۵۰۰۰ فارنهایت، آن‌ها می‌توانند اولین گام را در مطالعه تبدیل آن به گرافیت بردارند. چینونسو اوگومادو، دانشجوی دکترای فیزیک در دانشگاه اوهایو در گروه درابولد، می‌گوید: «در مقایسه با سایر سیستم‌هایی که ما داریم، Bridges سریع‌ترین و دقیق‌ترین ابزار است. سیستم‌های خانگی ما حدود دو هفته طول می‌کشد تا ۱۶۰ اتم را شبیه‌سازی کنند. با Bridges، ما می‌توانیم با استفاده از تئوری تابعی چگالی، ۴۰۰ اتم را طی شش تا هفت روز اجرا کنیم.»
در ابتدا، دانشمندان اوهایو شبیه‌سازی‌های خود را با استفاده از اصول اولیه فیزیکی و شیمیایی از طریق نظریه تابعی چگالی انجام دادند. این رویکرد دقیق، اما محاسباتی سنگین به محاسبات موازی زیادی نیاز داشت. در ادامه آن‌ها محاسبات خود را به یک ابزار نرم‌افزاری جدید، GAP (پتانسیل تقریب گاوسی) که توسط پژوهشگران دانشگاه کمبریج و دانشگاه آکسفورد در انگلستان طراحی شده بود، تغییر دادند. GAP از نوعی هوش مصنوعی به نام یادگیری ماشینی استفاده می‌کند تا اساساً همان محاسبات را با سرعت بیشتری انجام دهد. راجندرا تاپا و اوگومادو، دانشجویان فارغ‌التحصیل، کار محاسباتی اولیه را رهبری کردند.
نتایج آن‌ها پیچیده‌تر و ساده‌تر از آن چیزی بود که تیم انتظار داشت. لایه‌ها شکل گرفتند. اما اتم‌های کربن به‌طور کامل حلقه‌های ساده و شش کربنی ایجاد نکردند. کسری از حلقه‌ها دارای پنج کربن بودند. دیگر ورق‌ها هفت کربن داشتند.
حلقه‌های غیر شش کربنی چین و چروک جالبی را به وجود آوردند. در حالی که حلقه‌های شش کربنی مسطح هستند، حلقه‌های کربنی پنج و هفت عضوی به هم می‌ریزند.
در یک سری دیگر از شبیه‌سازی‌ها، شرایط موجود باعث شد که ورق‌ها خم شوند. آن‌ها به جای ورقه‌ها، نانولوله‌های کربنی آمورف تو در تو (CNTs) را تشکیل دادند، مجموعه‌ای از لوله‌های تک لایه اتمی، داخل یکدیگر که به نانولوله‌کربنی شهرت دارد.
منبع: خبرگزاری صدا و سیما
کلیدواژه: نانو فناوری دانشگاه اوهایو شبیه سازی زغال سنگ حلقه ها
درخواست حذف خبر:
«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.iribnews.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «خبرگزاری صدا و سیما» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۶۸۴۰۴۷۷ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.
با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.
خبر بعدی:
توافق گروه ۷ برای تعطیلی نیروگاه‌های زغال سوز تا ۲۰۳۵
وزیران انرژی گروه هفت برای تعطیلی نیروگاه‌های زغال سوز تا در نیمه اول دهه ۲۰۳۰ به توافق رسیدند.
به گزارش ایسنا، گیلبرتو پیچتو فراتین، وزیر انرژی ایتالیا که ریاست نشست وزرای گروه هفت در تورین را برعهده داشت، گفت: یک توافق فنی وجود دارد. ما قرارداد سیاسی نهایی را روز سه شنبه امضا خواهیم کرد.
این وزیران روز سه شنبه، بیانیه نهایی حاوی جزئیات تعهد گروه هفت برای کربن زدایی از اقتصادهایشان را صادر خواهند کرد. پیچتو گفت: وزیران همچنین سرگرم بررسی محدودیت‌های احتمالی برای واردات گاز طبیعی مایع (ال‌ان‌جی) روسیه به اروپا هستند که کمیسیون اروپا قرار است در کوتاه مدت، پیشنهاد کند. این موضوع در برنامه فنی و سیاسی گروه هفت قرار دارد.
زغال سنگ و نیروی هسته‌ای
توافق در خصوص زغال سنگ، به منزله گام قابل توجهی در مسیری است که سال گذشته در نشست اقلیمی کشورهای متحد COP۲۸ برای حذف سوخت‌های فسیلی، اعلام شده بود. زغال سنگ، آلاینده‌ترین سوخت فسیلی به شمار می‌رود.
ایتالیا در سال میلادی گذشته، ۴.۷ درصد از کل برق خود را از طریق نیروگاه‌های زغال سوز تامین کرد. این کشور قصد دارد نیروگاه‌های زغال سوز خود را تا سال ۲۰۲۵ و نیروگاه جزیره ساردینیا را در سال ۲۰۲۸ تعطیل کند.
در آلمان و ژاپن، زغال سنگ نقش بزرگتری دارد و سهم برق تولید شده با استفاده از زغال سنگ، بالاتر از ۲۵ درصد از کل تولید در سال گذشته بود.
گروه هفت در سال گذشته تحت ریاست ژاپن، متعهد شد اقدامات قاطعی به سوی حذف نیروگاه‌های زغال سوز بردارد اما ضرب الاجل مشخصی تعیین نکرده بود.
انرژی هسته‌ای و سوخت‌های زیستی، دو موضوع دیگر در صدر برنامه ایتالیا هستند و وزیر انرژی این کشور اعلام کرد هر دو سوخت در بیانیه نهایی، در میان گزینه‌های کشورهای گروه هفت ذکر خواهند شد که می‌توانند برای کربن‌زدایی تولید برق و حمل و نقل، استفاده شوند.
بر اساس گزارش رویترز، بلوک گروه هفت ممکن است ضرروت افزایش ۶ برابری ظرفیت باتری تا سال ۲۰۳۰ در مقایسه با سطح سال ۲۰۲۲ را اعلام کنند زیرا ظرفیت باتری برای ذخیره انرژی تجدیدپذیر، ضروری است.
جاده کندوان یک طرفه شد