به عنوان بخشی از تحقیقات دکترای خود، محقق TU/E، سرنا آگنولین، راه‌های مؤثری را برای کارآمدتر کردن راکتورهای شیمیایی رایج مورد استفاده قرار داد، که ناشی از اشتیاق او برای پایدارتر کردن صنعت خود بود.
جایگزین‌های فرآیندهای جداسازی پر انرژی در صنایع شیمیایی می‌تواند به میزان قابل توجهی انتشار CO2 این بخش را کاهش دهد.2 ردپای و مصرف انرژی. سرنا آگنولین در پروژه دکترای خود در گروه مهندسی فرآیند پایدار، غشاهای جدیدی را برای تولید هیدروژن پایدارتر توسعه داد. او از پایان نامه خود با ممتاز در 7 اردیبهشت در مؤسسه مهندسی شیمی و شیمی دفاع کرد.
صنایع شیمیایی یکی از عوامل اصلی CO است2 انتشارات ناشی از فرآیندهای صنعتی اکثر واکنش های شیمیایی یک محصول را تولید نمی کنند، بلکه مخلوطی از ترکیبات مختلف را تولید می کنند که مولکول مورد نظر باید از آن جدا شود.
متداول ترین روش جداسازی، تقطیر است که بر اساس نقاط جوش مختلف اجزای مختلف مخلوط است و به گرما و در نتیجه انرژی نیاز دارد. تقطیر یکی از انرژی برترین بخش های کارخانه شیمیایی است و سهم قابل توجهی در تولید CO دارد2 – انتشارات
یکی دیگر از راه های جداسازی محصولات با ارزش CO است2 انتشار گازهای گلخانه ای در عین حال کاهش مصرف انرژی.
سرنا آگنولین ایتالیایی الاصل در تز دکترای خود بر روی راکتورهای به اصطلاح غشایی برای تولید هیدروژن کار کرد که می تواند به عنوان یک ترکیب شیمیایی یا به عنوان سوخت استفاده شود. در این نوع راکتور، هیدروژن از سایر محصولات واکنش مستقیماً در ظرف تولید با استفاده از غشا جدا می شود. این بدان معناست که می توان از استفاده از اجزای جداسازی بزرگ و پر انرژی اضافی در مراحل بعدی جلوگیری کرد.
تولید هیدروژن
آگنولین می گوید: «تحقیق من بخشی از یک پروژه بزرگ اروپایی به نام مکبث بود. هدف از این پروژه توسعه یک راکتور غشایی کاتالیزوری برای چهار فرآیند شیمیایی مختلف بود. من روی غشاهای تولید هیدروژن از گاز طبیعی کار کردم.
آگنولین بر روی غشاهای ساخته شده از پالادیوم متمرکز شده است زیرا این ماده گزینش پذیری بالایی برای هیدروژن دارد. به طور سنتی، غشاهای پالادیوم توسط یک بستر سرامیکی پشتیبانی می شوند. با این حال، سرامیک ها شکننده و مستعد شکست یا شکستن هستند. ایده ما این بود که در عوض این غشاها را روی یک لوله فلزی بازسازی کنیم تا قوی‌تر شوند.
پر کردن منافذ
آگنولین می گوید، اگرچه این بسیار ساده به نظر می رسد، اما عملی کردن این ایده دشوار است. هرچقدر هم که آن را جلا دادم، اعمال یک لایه ضخیم و بی عیب از پالادیوم روی فلز غیرممکن بود. علاوه بر این، فلز در دمای بالا وارد پالادیوم شد. من حتی یک لایه میانی ویژه ایجاد کردم، اما هنوز نتوانستم سوراخ‌های لوله فلزی را ببندم.
این پیشرفت زمانی اتفاق افتاد که یک روز دانشجوی فارغ التحصیل تصمیم گرفت سوراخ های لوله فلزی را با سرامیک پر کند. “این در نهایت منجر به غشاهای پایدار با انتخاب هیدروژن بالا شد.”
آگنولین غشاهای خود را در یک راکتور با بستر ثابت آزمایش کرد که متان را با بخار ترکیب می کند تا هیدروژن، دی اکسید کربن و مونوکسید کربن تولید کند. ما با غشاهای خود توانستیم هیدروژن را از سایر محصولات واکنش جدا کنیم. و با حذف هیدروژن در طی واکنش، متان بیشتری به هیدروژن تبدیل شد.
قبولی در آزمون نهایی
علاوه بر واکنش اصلاح کننده بخار متان، آگنولین غشاهای خود را روی واکنش دیگری نیز آزمایش کرد، یعنی تولید هیدروژن با شکستن آمونیاک. از آنجایی که می توان از این واکنش برای تولید هیدروژن برای سلول های سوختی استفاده کرد، هیدروژن تولید شده باید بسیار خالص باشد و بنابراین گزینش پذیری غشاها برای این کاربرد باید حتی بالاتر باشد.
غشاهای آگنولین برای رضایت زیاد آنها این آزمایش سخت تر را نیز پشت سر گذاشتند. با دفاع از پایان نامه خود، مشارکت آگنولین در توسعه غشاهای پالادیوم پایان یافت.
او در حال حاضر به عنوان یک پسادکتر در همان گروه بر روی نوع دیگری از غشاء کار می کند: غشاهای غربال مولکولی کربن، که در جداسازی گاز استفاده می شود. هفته بعد از دفاع من تازه به دفتر برگشتم. هنوز کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد، “او لبخند می زند.
تولید غشاهای پالادیومی
سرنا آگنولین و همکارانش یک ویدیوی آموزشی برای ساخت غشاهای پالادیومی ساخته اند.
تمایل به فرآیندهای خلاقانه
اگرچه او هنوز مطمئن نیست که آیا در آکادمیک خواهد ماند یا بعداً در حرفه خود وارد صنعت خواهد شد، مهندس شیمی ایتالیایی دقیقاً می داند که از یک شغل چه می خواهد.
من دوست دارم چیزهای جدید را از ابتدا توسعه دهم و عاشق نوشتن مقاله هستم. من احتمالاً یکی از معدود دانشجویان تحصیلات تکمیلی هستم که واقعاً از نوشتن پایان نامه لذت بردم. نوشتن یک فرآیند خلاقانه است، مانند هنر و طراحی. و ایجاد چیزهای جدید، چه مکتوب و چه فنی، چیزی است که من بیشتر دوست دارم.»
سرنا آگنولین در 7 می 2024 از پایان نامه خود با موضوع “توسعه غشاهای مبتنی بر Pd متکی به فلز برای جداسازی H2: طراحی و کاربرد در راکتورهای غشایی” در دانشکده مهندسی شیمی و شیمی دفاع کرد.
ناظران: فائوستو گالوچی و جان ون در شاف
