نانو فناوری علیه آلودگی

این روزها بیشتر از همیشه از فناوری نانو می شنویم. این علم در مقیاس اتمی ، مولکولی و ماکرومولکولی پدیده ها را مطالعه می کند و مواد مختلف را در همین مقیاس دستکاری می کند.

کد خبر: ۱۱۰۳۷۴

محققان نانوفناوری معتقدند خصوصیات ذرات در مقیاس نانو با خصوصیات آنها در مقیاس بزرگتر متفاوت است. نانوذرات با روشهای مختلفی تولید می شوند و در هر روشی ویژگی محصول تولید شده با محصول بعدی متفاوت خواهد بود. این روشها شامل روشهای شیمیایی ، مکانیکی یا سنتز در فاز گازی هستند. ساختارها در اندازه های نانو کارهایی می کنند که بسیاری از ساختارهای بزرگ نمی توانند؛ شاید همین ویژگی است که آنها را به پدیده ای در قرن حاضر تبدیل کرده است که ابعاد بسیار بزرگ و متفاوتی دارند. وقتی به آلودگی به عنوان یک معضل نگاه می کنیم ، راه حل های بسیاری به ذهنمان خطور می کند ؛ اما تا به حال به این فکر کرده اید که نانوفناوری بتواند تاثیرات عظیمی بر کاهش آلایندگی خودروها داشته باشد؛ با ما همراه باشید. صنعت خودرو یکی از بزرگ ترین صنایع جهان است و در کشور ما هم از اهمیت ویژه ای برخوردار است. ساخت بدنه های سبک تر و مقاومت تر، کاهش مصرف سوخت و بالا بردن راندمان موتورهای احتراق داخلی ، ساخت کاتالیزورهای اگزوز برای کاهش آلودگی هوا و استفاده از نانوذرات در رنگ خودرو، از جمله مهمترین کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودرو است. با استفاده از فناوری نانو، پیش بینی می شود که بتوان راندمان انرژی سوخت را تا 5برابر افزایش و نیز وزن خودرو را تا 10 برابر کاهش داد. بنابراین می توان امیدوار بود که وسایل نقلیه با استفاده از این فناوری تا 50 درصد بهبود کارایی داشته باشند.

نانو در خدمت رنگ اتومبیل

نیاز اقتصادی و رو به افزایش سوخت در عرصه حمل ونقل ، تقاضا برای استفاده از مواد جدید سبک وزن مانند پلاستیک را که می تواند با فلز جایگزین شود، افزایش داده است. نانوکامپوزیت ها شامل پلیمرهای قدیمی تقویت شده با ذرات نانومتر (اغلب خاک رس) هستند. این مواد می توانند به آسانی به صورت اکسترود یا قالب به شکل نهایی درآیند؛ در حالی که دارای همان استحکام و قدرت فلز و از آن سبک تر هستند.
بابک منصوری ، کارشناس ارشد مهندسی شیمی می گوید: «استفاده از نانوذرات در رنگ ، باعث افزایش کیفیت رنگ و کاهش مصرف آن می شود. نانوذرات با اندازه های مختلف ، نورهایی با فرکانس های متفاوت ساطع می کنند که این موضوع برای تولید رنگهای گوناگون مورد استفاده قرار می گیرد.» یک کاربرد جالب توجه دیگر، روش رنگ کردن الکتروستاتیکی با قطره های باردار شده با استفاده از نانولوله های کربنی در رنگ است. در این روش ، رنگ و قسمتهایی که قرار است رنگ شوند، باردار می شوند و جاذبه الکتریکی بین آن دو باعث جذب رنگ شده و از پراکنده شدن آن جلوگیری می کند. به این ترتیب ، کارایی رنگ چه از لحاظ کیفیت و چه از لحاظ کمیت ارتقائ می یابد. این روش باعث کاهش انتشار ذرات سمی هم می شود. به این ترتیب ، نانوفناوری هم می تواند در کنار دیگر علومی که به محیطزیست هم توجه دارند، قرار گیرد.

کاتالیست ها کوچک تر می شوند

همه ما می دانیم که یکی از منابع اصلی آلایندگی محیطزیست خودروها هستند. از سال 1975تاکنون تولیدکنندگان خودرو کوشیده اند میزان گازهای پرخطر آلاینده نظیر CO ، NOX و هیدروکربن های سوخته نشده را کاهش دهند. اخیرا در ایالات متحده طرحهایی در دست است که میزان گازهای آلاینده را تا حد بیشتری کاهش دهد، با توجه به این که افزایش میزان کاتالیزور مصرفی از نظر اقتصادی نمی تواند راهکار مناسبی باشد.

با افزودن ترکیبات پاک کننده نانو ساختار به سوخت ، شاهد کاهش قابل ملاحظه میزان گازهای آلاینده هستیم

مهندس بابک منصوری می گوید: «در حال حاضر مطالعاتی برای امکان استفاده از مواد کاتالیزوری جایگزین نظیر کربیدهای فلزات واسطه و اکسی کربیدهای فلزات واسطه به جای فلزات گرانبهای گروه پلاتین در جهت کاهش مقدار NoXانجام گرفته است. فلزات واسطه گروههای 4تا 6از خواص کاتالیستی منحصر به فردی برخوردارند. نتایج بررسی تجزیه مولکول های Noو میزان تبدیل آنها به مولکول های N2 روی سطوح متشکل از کربید و اکسی کربیدهای تنگستنی و مولیبدن نشان می دهد که فعالیت کاتالیستی و سلکتیویته در این حالت برابر و در شرایط حتی بهتر از واکنش مشابه درخصوص سطوح متشکل از فلزات گرانقیمت گروه پلاتین است.

افزودنی های پاک کننده با ساختار نانو

پس از حذف سرب در فرمولاسیون سوخت ، پالایشگاه ها گاهی مجبور می شوند در جهت دستیابی به عدد اکتان دلخواه از ترکیباتی به نام HOMC که اغلب دارای مقادیر بالایی از الفین ها و ترکیبات آروماتیک سنگین هستند، استفاده کنند. نتیجه اکسیداسیون و پلیمریزاسیون این ترکیبات که به «اکتان کثیف» معروف هستند، تولید رسوباتی است که در نهایت باعث گرفتگی و آلوده کردن کاربراتور، انژکتور و حتی محفظه احتراق می شوند. در نتیجه ، نسبت تراکم و دمای محفظه احتراق و همچنین نیاز موتور به عدد اکتان بالاتر رفته و در نتیجه میزان گازهای خطرناک آلاینده نظیر NOXو UHCو COبه دلیل احتراق ناقص سوخت افزایش می یابد.
مهندس بابک منصوری می گوید: برای جلوگیری از تشکیل این رسوبات در قسمتهای اشاره شده ، استفاده از افزودنی های پاک کننده در فرمولاسیون سوخت ، از حدود 45 سال پیش همگام با نیازهای صنعت خودرو مرسوم بوده است. در سال 1963، اولین نسل افزودنی های پاک کننده برای تمیز نگه داشتن کاربراتور از رسوبات تولید شد. به این ترتیب ، با روان تر شدن جریان سوخت به موتور مشکلاتی نظیر پایین تر بودن شتاب خودرو و یا بد استارت خوردن خودرو مرتفع شد. در سال 1985افزودنی های پاک کننده برای زدودن رسوبات از انژکتورهای سوخت ، تولید شده و به بازار عرضه شد. در آن زمان بررسی ها نشان می داد حتی مقادیر بسیار ناچیزی از رسوبات در انژکتور سوخت ، توانایی انژکتور را برای پاشش مناسب سوخت برای استارت خوردن سریع و شتاب مناسب خودرو کاهش می دهد. 3 سال بعد در سال 1981 نسل دیگری از افزودنی های پاک کننده با قابلیت تمیز نگه داشتن همزمان انژکتورهای سوخت و سوپاپ ها به بازار ارائه شد. پیشرفت تکنیکی در ساخت موتورها، حساسیت سوپاپ ها را نسبت به رسوبات بالا برد و سازندگان خودرو دریافتند که حتی مقادیر بسیار ناچیزی از این رسوبات روی سوپاپ ها می تواند سبب به هم خوردن نسبت هوا و سوخت ورودی به موتور شود. در سال 1955نسل دیگری از افزودنی های پاک کننده با توجه به نیازهای خاص هر خودرو نظیر سن خودرو و میزان حساسیت موتور به رسوبات پیشنهاد حداقل میزان مورد نیاز با قابلیت پاک کنندگی انژکتور و سوپاپ ها و نیز کنترل مقدار رسوبات و محفظه احتراق تولید شد.

شگردی جدید در صنعت خودروسازی

کیفیت سوخت و فناوری به کار رفته در ساخت خودرو 2عامل تعیین کننده در میزان گازهای آلاینده خطرناک حاصل از احتراق سوخت در خودرو هستند. همگام با پیشرفت فناوری نانو در دنیای مدرن امروز، صنعت خودروسازی هم در جهت بهبود هر یک از عوامل یادشده از این فناوری نوین بهره برده است. در عرصه بهبود کیفیت سوخت ، امید می رود با افزودن ترکیبات پاک کننده نانو ساختار به سوخت ضمن کاهش قابل ملاحظه میزان گازهای آلاینده شاهد کاهش قابل توجه مصرف سوخت و بهبود عملکرد موتور خودرو باشیم. در عرصه فناوری ساخت ، به کارگیری نانوذرات کربید و اکسی کربید فلزات واسطه ای نظیر تنگستن در سیستم کاتالیست کانورتر خودرو به جای فلزات بسیار گرانبهای گروه پلاتین که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند ضمن کاهش بیشتر آلاینده های خطرناکی نظیر اکسیدهای نیتروژن ، خودروسازان را قادر می کند تا در هزینه های تولید هم صرفه جویی کنند. همچنین با کاهش وزن خودرو، نتیجه استفاده از پوششهای نانوساختار پیش بینی می شود که بتوان وزن خودرو را تا 10برابر کاهش داد که در این صورت با کاهش مصرف سوخت بالطبع از میزان آلایندگی خودرو نیز کاسته می شود.