بخشی از مقاله
چکیده
تغیرات آب و هوایی یکی از نگرانی های اساسی عصر حاضر می باشد که اثرات زیست محیطی آن به وضوح قابل مشاهده است. کاهش میزان انتشار گازهای گلخانه ای با استراتژی هایی مانند Zero flaring و CCS از جمله راهکارهای صنعتی در راستای حفظ اکوسیستم جهانی و محیط زیست می باشند، که میتوانند راهکاری ساده و مفید برای مقابله با پدیده گرمایش جهانی باشند.
تحقیقات وسیعی در حوزه بکارگیری تکنولوژی های سبز گوناگون که بواسطه آنها اجزای گازهای گلخانه ای مانند متان - جزء اصلی گاز طبیعی - به محصولات با ارزش تبدیل می شوند، انجام پذیرفته است که این مقاله، به بررسی جامع این تحقیقات جهت مقایسه انواع تکنولوژیهای سبز نوظهور مطرح برای تبدیل متان پرداخته است. تاکید عمده این مقاله بر تبدیل متان به متانول و فرمالدئید - C1-oxygenates - می باشد که این محصولات نقش بسیار مهمی در صنعت پتروشیمی ایفا میکنندنهایتاً.، مشخصه های اصلی تعدادی از فناوریهای مطرح در حوزه تبدیلات گازی، مانند فناوری های کاتالیستی و فوتوکاتالیستی، پلاسما،آب فوق بحرانی، غشاء، تفکیک کنندههای خورشیدی و سایر فناوری های مربوطه در قالب نمودار درختی آورده شده است.
-1 مقدمه
در طول 50 سال گذشته، بیش از 30% انتشارکربن و سایر گازهای هیدروکربنی داشتهایم که در اتمسفر رها شده اند.
در حقیقت، بسیاری از آنان همواره سهم موثر و زیادی در تغییر شرایط آب هوایی دارند. اذعان شده است که تغییرات آب و هوایی پیامدهای منفی زیادی بر کشاورزی، حیات بشر، و سبک های متنوع سیستم های زیست محیطی دارند.
از این رو گمان میرود که جلوگیری از به بار آمدن آسیب های بیشتری که از تغییرات آب و هوایی ناشی می شود، خیلی دیر شده باشد. حتی اگر نشر گازهای گلخانه ای به سطوح پیشین صنعتی کاهش یابد، بعید است که میانگین دمایی کره زمین کاهش یافته و به نوعی به حالات قبلی خود برگشت داده شود. طبق تخمین وزارت بهداشت جهانی - WHO - 1، حدود 6-8% جمعیت جهان تا سال 2030 به شدت تحت تاثیر تغییرات آب و هوایی قرار می گیرند
طول عمر، پتانسیل گرمایش جهانی و سطوح حاضر آن، برای هر جزء متفاوت است. در طبیعت، بسیاری از گازها می توانند خاصیت گاز گلخانه ای از خود بروز دهند. تعدادی از آنها به طور ذاتی اتفاق می افتند - بخار آب، کربن دی اکسید، متان، و نیتروس اکساید - ، در حالی که سایر آنان از فعالیت های بشری بوجود می آیند - مانند . - CFCs در این میان، متان نیاز به توجه بیشتری دارد؛ چرا که هیدروکربنی ساده با ارزش گرمایی بالا میباشد، که مصرف و بکارگیری آن بعنوان منابع سوختی خانگی و صنعتی، گستره وسیعی داشته است.
کشف متان بهعنوان سوخت بسیار مطلوب از آنجایی قابل تامل است که متان می تواند جایگزینی مناسب برای زغال سنگ و نفت جهت تولید انرژی مورد نیاز بشر و صنعت باشد. علی رغم این که متان سوختی سودمند است، حضورش در اتمسفر منجر به افزایش غلظت گازهای گلخانه ای شده که متعاقباً در تغییرات آب و هوایی دخالت دارند.
لازم به ذکر است که از زمان ورود به عصر صنعتی، غلظت جوی متان به همراه سایر گازهای اصلی گلخانه ای مانند کربن دی اکسید و نیتروس اکساید، افزایش شدیدی داشته است
شکل:1 غلظت و روند کلی اجزای اصلی گاز گلخانه ای
شکل:2 انتشار متان از منابع مختلف انسانی
اگرچه محتوی نشر متان - به همراه عمر جوی آن - کمتر از کربن دی اکسید است، اثر متان بر جذب و گسیل اشعه IR در مقایسه با سایر گازهای گلخانه ای، در مول های مساوی از آنان، بسیار بیشتر است. همینطور اثر متان بر گرمایش جهانی حدود 25 برابر بیشتر از کربن دی اکسید است.
مقدار متوسط جهانی متان در سال 2010 به 1800 ppb رسید که این مقدار بسیار بیشتر از هر زمان دیگر از 650,000 سال گذشته بود. منابع انسانی و طبیعی در انتشار متان نقش دارند. منابع طبیعی شامل تالاب ها، موریانه ها، منابع زمین شناسی و ... است، درحالی که منابع انسانی شامل کشت برنج، دفن زبالهها ، نشخوار کنندگان و... است
ثابت. شده است که تقریباً 40% متان رها شده در اتمسفر از منابع طبیعی بدست آمده، و سهم باقیمانده آن - % - 60 را منابع انسانی به خود اختصاص داده است
شکل2 نشان می دهد که نیاز به کاهش تولید گازهای گلخانه ای و گسترش دامنه بکارگیری موثر آنها با روش های سودمند میباشد. به عبارت دیگر، متان موجود در اتمسفر توسط خاک مرطوب یا به وسیله واکنش با رادیکال هیدروکسیل در تروسفر و رادیکال کلراید در استراتسفر تخریب می گردد
انتشار آلاینده متان در جو را می توان با 2 مکانیزم متفاوت کنترل کرد؛ کنترل تشکیل و تخریب بعد از تشکیل. در طی چند دهه گذشته، مطالعاتی جهت بررسی فاکتورهای اصلی موثر بر انتشار متان از این منابع، صورت گرفته شده است.[10 ,9] با این حال، متان از گازهای گلخانه ای منحصر به فرد می باشد که می تواند بهعنوان ماده خام برای تولید محصولاتیبا ارزشِ افزوده بکار گرفته شود.
علاقه به روشهای بکارگیری متان با ازدیاد منابع گازی و کشف روش های جذب متان از منابع گوناگون، پیوسته در حال افزایش بوده و توجه محققان آکادمیک را به خود جلب کرده است.از این رو، جذب کارآمد متان از منابع غیر معمول مانند محل های دفن زباله، و صنایع مدیریت آب های زائد 3، به احتمال خیلی زیاد در آینده نزدیک، واقع بینانه خواهد بود. اگرچه انتخاب این روش ها و بکار گیری کارآمد آنها، باتوجه به پیچیدگی بازیابی متان و سایر روش های گاز سنتز، و همچنین ابهامات مربوط به اثرات زیست محیطی آنان، هنوز پنهان مانده است.
بسیار ضروری است که آیا تکنولوژی های به کار گرفته شده برای پردازش متان به محصولات باارزش، توانایی تامین اهداف زیست محیطی یا به نوعی تطابق با شاخصه های زیست محیطی را دارند یا خیر؟. هدف مقاله حاضر این است که شاخصه ها و پتانسیل تکنولوژی های نوین سبز برای پردازش متان به متانول، فرمالدئید، و سایر هیدروکربن های باارزش را بیان کرده و راهکارهایی برای عملی شدن آنان در آینده ارائه دهد.
-2 تکنولوژی های نوین سبز در پردازش متان
تکنولوژی سبز - پاک - روش های سنتی را توسعه داده و محصولات، تجهیزات، و سیستمهایی را بکار می گیرد که میتوانند برای حفظ محیط زیست و منابع طبیعی، مورد استفاده قرار گیرند، در عین حال که اثر منفی روش های سنتی بر فعالیت های بشری، را به حداقل ممکن می رساند. خلق روش های جدید جهت ارائه بهره وری و کارایی بهتر، و ایجاد اصلاحات و تغییرات خلاقانه در روشهای موجود، از مهمترین اهداف تکنولوژی سبز به شمار میآیند. در مورد پردازش متان، تحقیقات گسترده ای در جهت کشف طیف وسیعی از فناوریها که از نظر امکان پذیری در ترمهای بازدهی و کاهش اثرات زیست محیطی ثابت شده اند، انجام گرفته شده است.
در این مقاله، ما روشهای رایج و نوین تولید متانول و فرمالدئید را بررسی کرده و سپس تعدادی از تکنولوژی های نوین سبز پردازش متان را به طور مختصر در بخش مربوطه گزارش کرده ایم. گرچه این روشها هنوز از نظر عملی شدن محدودیت دارند، اما افزایش تقاضا برای ارتقای روشهای کارآمد و دقیق به مقیاسهای بزرگتر صنعتی موجب شده است که محققان به سمت توسعه و بهبود فناوری های سبز پردازش متان روی آورند. تبدیل متان به متانول و سایر هیدروکربن های با ارزش، چشم انداز صنایع گاز برای چندین دهه بوده و می باشد. علی رغم تجربیات کاربرد های صنعتی در سال های 1930-1940، امروزه این فرآیند تنها توجه حوزه آکادمیک را به خود معطوف کرده است.
