האם מים מפריעים למהלך הייצור של ביו-דלקים?

במסגרת מאמציהם של מדענים להבין את הכימיה האחראית להמרתו של חומר צמחי לדלקים המניעים את הרכבים שלנו (בנזין ודיזל), חוקרים חשפו כי מים המעורבים במהלך שלב ההמרה יוצרים כימיקל המאט את קצב התגובות הכימיות.

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
במסגרת מאמציהם של מדענים להבין את הכימיה האחראית להמרתו של חומר צמחי לדלקים המניעים את הרכבים שלנו (בנזין ודיזל), חוקרים חשפו כי מים המעורבים במהלך שלב ההמרה יוצרים כימיקל המאט את קצב התגובות הכימיות.

במסגרת מאמציהם של מדענים להבין את הכימיה בפעולה האחראית להמרתם של חומר צמחי לדלקים המניעים את הרכבים שלנו (בנזין ודיזל), חוקרים חשפו כי מים המעורבים במהלך שלב ההמרה יוצרים כימיקל המאט את קצב התגובות הכימיות. ממצאי המחקר, שפורסמו בכתב-העת המדעי Journal of the American Chemical Society, יוכלו להביא לשיפור בתהליכי הייצור של ביו-דלקים מתוך צמחים.

המחקר בחן את ההמרה של ביו-שמן המיוצר מתוך ביומסה, כגון נסורת או עשב, לכדי דלקים לתחבורה. החוקרים השתמשו בהדמיות מחשב על מנת לבדוק מה קורה לתוצר-לוואי נפוץ המתקבל בייצור של ביו-שמן. מים, בכל שלב במהלך הייצור של ביו-דלקים, הופך את תוצר-הלוואי לאי-ניקיון המשבש ומעכב את התגובות המובילות לייצור של ביו-דלקים. התוצאות מתייחסות לא רק למים אלא גם לנוזלים דומים המשמשים בייצור של ביו-שמן, כגון כהלים וחומצות מסוימות.

המחקר מספק מבט מעמיק באשר לתוצר-הלוואי פנול (וויקיפדיה) המגיב עם זרזים. זרזים הם החומרים שבהם משתמשים הכימאים על מנת להאיץ את התגובות הממירות חומרים צמחיים לכדי דלקים, תגובות שהתרחשו במעמקי האדמה במשך מיליוני שנים והולידו את הדלקים המאובנים אותם האנושות מנצלת לשם ייצור אנרגיה.

“אנו מתקרבים ללב היסודות של קטליזת ביו-דלקים”, אמר אחד מהשותפים לכתיבת המאמר, Roger Rousseau, חוקר במעבדה הלאומית של משרד האנרגיה בארה”ב. “המחקר מגלה לנו כי לא ניתן להימנע מקבלתו של אי-הניקיון הזה (פנול) ולכן עלינו להבטיח כי הוא לא נוצר בכמויות הגורמות לשיבוש התגובה. למרות שזוהי סוגיה בסיסית מאוד, היא מבליטה בפנינו מהם האופנים שבהם נוכל לסייע להאריך את משך פעילותם של הזרזים המשמשים בייצור של ביו-שמנים.”

על מנת להמיר חומר צמחי למוצרים הנגזרים מתוך פטרול – כגון בנזין ומוצרי פלסטיק – כימאים העוסקים בתחום של ביו-דלקים צריכים להבין כל שלב בתהליך. בהכנה של ביו-דלקים החוקרים מחממים במהירות חומר צמחי בתהליך המכונה פירוליזה (התפרקות תרמית). בשלב הבא הם משתמשים בזרזים על מנת להמיר את השמן שהתקבל בשלב הראשון לכדי דלקים לתחבורה.

התגובות הכימיות מובילות לקבלתם של חומרי-מוצא לדלקים וכן לקבלתו של חומר-לוואי המכונה פנול. פנול לכשעצמו אינו מהווה בעיה גדולה בדלקים, אולם הוא נמצא במכלים של כימיקלים ומים העוברים במשך הזמן מגוון תגובות במסגרתן הוא מומר לחומרים המכונים קטונים. קטונים פעילים מגיבים אחד עם השני ליצירת שרשראות ארוכות המשבשות את פעילות הזרזים ומפריעות בכך לתגובות החשובות. החוקרים ביקשו לדעת את הפרטים המולקולאריים באשר למנגנון שבו פנול מומר לקטונים. בסופו של דבר, הם גילו, האשם אינו נופל על הזרזים.

המדענים השתמשו בהדמיות מחשב על מנת לדמות את יחסי-הגומלין שבין הפנול לבין הזרזים והמים בכדי לקבל תמונה מפורטת של המנגנון. על מנת לבחון את תפקידם של המים בתגובה, החוקרים ביצעו הדמיה של התגובות הזהות בריק (ואקום) שם הזרזים המוצקים נמצאים במצב גזי. במסגרת ההדמיות, הזרז הוא למעשה פיסת מתכת, ניקל או פלטינה. מולקולות הפנול או המים מקפצות על-גביי או נוחתות על משטח המתכת באופן אקראי, שם הקשרים הכימיים שלהן מתפרקים ונוצרים מחדש בין האטומים השונים. בדרך זו, הפנול עשוי להפוך לקטון. החוקרים מצאו כי ההימצאות של מים מאיצה באופן דרמטי את ההיווצרות של הקטון מפנול. בנוסף, המים משפיעים גם על האופן שבו הזרז “מפעיל” את האלקטרונים שלו, מה שמשפיע על יעילותו של הזרז להאיץ את התגובה שבין הפנול לבין אטומי המימן ה”מתישבים” על-גביי משטח הזרז.

“הופתעתי לגלות מה התפקיד של נוזלים במסגרת הפעילות של זרז מתכתי,” אומר אחד מהחוקרים. “אנו יודעים פרטים רבים באשר לתגובות אלו במצב הגזי, וכמעט שום דבר במצב הנוזלי. את העקרונות שגילינו ניתן ליישם גם לתגובות אחרות בהן מעורבים זרזים.
סרטון
הידיעה המקורית