سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران

به گزارش روابط عمومی، در مصاحبه‌ای که با دکتر ناهید خندان عضو هیات علمی و دانشیار گروه فناوری‌های شیمیایی سبز پژوهشکده صنایع شیمیایی سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران صورت گرفت ایشان به مزایای نانوکاتالیست‌ها نسبت به کاتالیست‌های سنتی اشاره کرده و توضیح می‌دهد که این فناوری‌ها می‌توانند به بهبود فرآیندهای صنعتی و کاهش اثرات زیست‌محیطی کمک کنند. همچنین او بر اهمیت فناوری‌های سبز در تصفیه پساب و راهکارهای عملی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی فرآیندهای صنعتی تأکید می‌کند.
بخش دوم این مصاحبه با موضوع نقش نانوکاتالیست‌ها و فناوری‌های سبز در آینده صنعت انرژی و محیط‌زیست به شرح ذیل می باشد:

در پروژه‌های شما از نانوکاتالیست‌ها برای تولید انرژی استفاده شده است. نانوکاتالیست‌ها چه مزایایی نسبت به کاتالیست‌های سنتی دارند؟
نانوکاتالیست‌ها چندین مزیت شاخص نسبت به کاتالیست‌های سنتی دارند که باعث جذابیت فزاینده‌ی آنها برای کاربردهای مختلف صنعتی می‌شوند. نانوکاتالیست‌ها نسبت سطح به حجم بسیار بالاتری نسبت به کاتالیست‌های سنتی دارند. این مساحت سطح افزایش یافته اجازه می دهد تا مکان های فعال بیشتری برای واکنش های شیمیایی در دسترس باشد، که منجر به فعالیت کاتالیستی بالاتر و بهبود نرخ واکنش می شود. در دسترس بودن بیشتر سایت‌های فعال، کارایی فرآیندهای کاتالیستی را افزایش می‌دهد و واکنش‌های سریع‌تر و بازدهی بالاتر را ممکن می‌سازد. خواص نانوکاتالیست ها وابسته به اندازه است لذا امکان کنترل دقیق ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی آنها را فراهم می کند. این تنظیم پذیری، بهینه سازی مسیرهای واکنش و گزینش پذیری را امکان پذیر میکند، که به ویژه در صنایعی که به خلوص و بازده محصول بالا نیاز دارند، مانند داروسازی، سودمند است. بر اساس همین ویژگی‌ها نانوکاتالیست‌ها اغلب می‌توانند تحت شرایط عملیاتی ملایم‌تر در مقایسه با کاتالیستهای سنتی عمل کنند که منجر به کاهش مصرف انرژی و به حداقل رسیدن اثرات زیست محیطی می‌شود که با اصول شیمی سبز همسو است. علاوه براین نانوکاتالیست‌ها عموماً پایداری و دوام بیشتری از خود نشان می‌دهند که منجر به طول عمر طولانی‌تر و کاهش نیاز به تعویض مکرر می‌شود و صرفه جویی در هزینه‌ها را به دنبال دارد. استحکام مکانیکی و مقاومت بیشتر آنها در برابر نوسانات دما و حلال ها، به افزایش طول عمر آنها کمک میکند. بر این اساس، نانوکاتالیست ها را می توان در طیف وسیعی از صنایع از جمله پتروشیمی، فرایندهای محیط زیستی و تولید انرژی به کار برد. علاوه بر این، نانوکاتالیست‌ها به دلیل نامحلول بودن در حلال‌های مختلف، راحت‌تر از کاتالیستهای سنتی، از مخلوط‌های واکنش جدا می‌شوند. این ویژگی فرآیندهای بازیابی و بازیافت کاتالیست را ساده می کند و آنها را در کاربردهای صنعتی کارآمدتر می کند. 
فناوری‌های نوظهور در حال بررسی نانوکاتالیست‌های چند منظوره یا «هوشمند» هستند که می‌توانند چندین واکنش کاتالیستی را انجام دهند یا فعالیت خود را بر اساس شرایط محیطی (مانند تغییرات دما) تنظیم کنند. این سازگاری می تواند فرآیندهای صنعتی را ساده تر کند و تولید پسماند را کاهش دهد. به طور خلاصه، نانوکاتالیست‌ها مزایای متعددی نسبت به کاتالیستهای سنتی دارند، از جمله افزایش کارایی، پایداری، انتخاب‌پذیری و انعطاف‌پذیری عملیاتی. 
شما به کاربردهای نانوذرات در تصفیه پساب‌ها و محیط‌زیست نیز پرداخته‌اید. به نظر شما، چگونه می‌توان از این فناوری‌ها برای حل مشکلات زیست‌محیطی استفاده کرد؟
نانوذرات می‌توانند نقش مهمی در حل مشکلات زیست ‌محیطی، به‌ویژه در تصفیه پساب داشته باشند. نانوذرات به دلیل نسبت سطح به حجم بالا، قابلیت جذب بهتری از خود نشان می دهند و این قابلیت را دارند که به طور موثری طیف وسیعی از آلاینده هایی مانند فلزات سنگین، ترکیبات آلی و عوامل بیماری زا را از فاضلاب حذف کنند. به عنوان مثال نانوذرات نقره به دلیل خواص ضد باکتریایی قوی خود می تواند به طور موثری میکروارگانیسم های مضر مانند E. coli موجود در آب را از بین ببرد. به همین ترتیب  نانوذرات اکسید آهن می‌توانند فلزات سنگین سمی مانند سرب و کادمیوم را جذب کنند و غلظت آنها را در پساب‌ها به میزان قابل توجهی کاهش دهند. برخی از این نانوذرات به صورت نانوکاتالیست عمل کرده و به واکنش های شیمیایی که مواد مضر موجود در فاضلاب را تجزیه می کنند، سرعت می بخشند. این می تواند منجر به فرآیندهای تصفیه کارآمدتر و سریعتر شود. نانوذرات را می‌توان برای کاربردهای خاص مهندسی کرد به طوریکه امکان شناسایی و حذف سریع آلاینده‌های نوظهور مانند داروها و محصولات مراقبت شخصی از جریان‌های فاضلاب را فراهم ‌کند. استفاده از نانوذرات می تواند وابستگی به مواد شیمیایی مضر را که به طور سنتی در فرآیندهای تصفیه فاضلاب استفاده می شود، کاهش دهد. به عنوان مثال، استفاده از نانوذرات به جای کلر برای گندزدایی، می‌تواند از تولید محصولات جانبی و سمی  مضر، جلوگیری کند.  نانوذرات اغلب به انرژی کمتر و مواد شیمیایی کمتری برای تصفیه موثر نیاز دارند، که فرآیند کلی را اقتصادی‌تر می‌کند. علاوه بر این، توانایی کار در شرایط عملیاتی ملایم تر، مصرف انرژی را کاهش می دهد. بدین ترتیب ادغام فناوری نانو در فرآیندهای تصفیه پساب، می تواند منجر به کاهش هزینه های عملیاتی در مقایسه با روش های سنتی شود. 
با استفاده از این ویژگی‌ها، نانوذرات می‌توانند به طور قابل توجهی اثربخشی و کارایی تصفیه پساب را افزایش داده و به محیطی پاک‌تر و سالم‌تر کمک کنند.
با توجه به تجربه شما در حوزه فناوری‌های شیمیایی سبز، چه راهکارهایی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی فرآیندهای صنعتی پیشنهاد می‌کنید؟
برای کاهش اثرات زیست محیطی فرآیندهای صنعتی، پذیرش فناوری های شیمیایی سبز ضروری است. استراتژی های مختلفی برای این منظور وجود دارد. یکی از آنها پیشگیری از تشکیل زباله است، یعنی اجرای فرآیندهایی که تولید زباله در منبع را به حداقل می رساند و محصول جانبی کمتری تولید می کنند یا طراحی محصولاتی که پس از استفاده به مواد غیر سمی تجزیه می شوند و اثرات زیست محیطی طولانی مدت را کاهش می دهند. با استفاده از کاتالیست و انجام واکنش کاتالیستی به جای فرایند استوکیومتری، می توان ضایعات را به میزان قابل توجهی کاهش داد. کاتالیستها راندمان واکنش را افزایش می‌دهند که منجر به بازده بالاتر و تولید ضایعات کمتر می‌شود. اجرای سیستم های بازیافت و استفاده مجدد از مواد در فرآیندهای صنعتی نیز می تواند منجر به کاهش ضایعات و مصرف منابع گردد. 
راه حل  دیگر استفاده از مواد اولیه تجدیدپذیر، مانند مواد اولیه گیاهی، به جای مواد نفتی است که وابستگی به سوخت های فسیلی را کاهش دهد. این تغییر نه تنها انتشار کربن را کاهش می دهد، بلکه پایداری در منابع را نیز ارتقا می دهد. استفاده از مواد شیمیایی که خطرات کمتری برای سلامتی انسان و محیط زیست دارند مثل جایگزینی حلال های آلی فرار با گزینه های سبزتر (مانند آب یا مایعات یونی) می تواند انتشار مواد سمی را کاهش دهد و ایمنی را در محیط های صنعتی بهبود بخشد. بهینه سازی فرآیندها برای مصرف انرژی کمتر، مثل  اجرای فرآیندهایی که تحت شرایط عملیاتی ملایم تر عمل می کنند (مانند دما و فشار کمتر) نیز می تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی شود. برای مثال، نانوکاتالیست‌ها می‌توانند واکنش‌ها را تحت شرایط عملیاتی ملایم‌تر تسهیل کنند و در عین حال راندمان بالا را حفظ کنند. با توسعه نانوکاتالیست‌های چند منظوره که می‌توانند فعالیت خود را بر اساس شرایط واکنش تنظیم کنند، می‌توانن فرآیندها را ساده‌سازی کرده و مصرف اضافی مواد را کاهش داد.  استفاده از آنزیم ها به جای کاتالیزورهای شیمیایی سنتی می تواند منجر به واکنش های کارآمدتر و دوستدار محیط زیست شود. بیوکاتالیستها نیز اغلب به شرایط ملایم تری نیاز دارد و محصولات جانبی کمتری تولید می کند، که آنها را به یک جایگزین پایدار در صنایع مختلف تبدیل می کند.
با ادغام این راه حل ها در صنعت و با اتخاذ این فناوری‌های شیمیایی سبز، صنایع می‌توانند اثرات زیست محیطی خود را به میزان قابل توجهی کاهش دهند و در عین حال کارایی و سودآوری خود را حفظ یا حتی بهبود بخشند. انتقال به فناوری‌های شیمیایی سبز نه تنها به نفع محیط‌زیست است، بلکه صنایع را در بازاری که به طور فزاینده‌ای بر پایداری متمرکز شده است، در موقعیت مطلوبی قرار می‌دهد. 
در پروژه‌های شما به ترکیب انرژی و فناوری نانو پرداخته شده است. به نظر شما، چه فناوری‌هایی در دهه آینده بیشترین تأثیر را بر صنعت انرژی خواهند گذاشت؟
 صنعت انرژی برای دگرگونی قابل توجهی در دهه آینده آماده است که توسط چندین فناوری  نوظهور و روند کلیدی هدایت می شود. اولین فرایند، تولید هیدروژن سبز است. انتظار می رود هیدروژن تولید شده با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر نقش مهمی در کربن زدایی بخش های مختلف از جمله حمل و نقل و فرآیندهای صنعتی ایفا کند. فنآوری های پیشرفته باتری نیز از دیگر تکنولوژی های پیشرو است که تاثیر قابل توجهی بر صنعت انرژی خواهد داشت. پیشبینی می شود تقاضا برای ذخیره انرژی، به ویژه برای وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) افزایش یابد. انتظار می رود تعداد خودروهای برقی در جاده ها به طور چشمگیری افزایش یابد، این تغییر به پیشرفت های قابل توجهی در زیرساخت شارژ و فناوری باتری نیاز دارد. نوآوری‌ها در ذخیره‌سازی باتری، مانند باتری‌های حالت جامد و باتری‌های  قابل شارژ جریانی، قابلیت‌های ذخیره‌سازی انرژی را افزایش می‌دهند و منابع انرژی تجدیدپذیر را قابل اعتمادتر و کارآمدتر می‌کنند. تحول بعدی در زمینه هوش مصنوعی است، هوش مصنوعی تولید، توزیع و مصرف انرژی را بهینه می‌کند و منجر به سیستم‌های انرژی کارآمدتر و پایدار می‌شود. فنآوری هایی که ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه را بهبود می بخشد، مانند شبکه های هوشمند و سیستم های مدیریت انرژی، نیز به تعادل عرضه و تقاضا به طور موثرتر کمک می کند. 
از آنجایی که صنایع قصد دارند آلایندگی کربن خود را کاهش دهند، فناوری های CCS در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از استفاده از سوخت های فسیلی اهمیت فزاینده ای پیدا خواهند کرد. فنآوری های CCS انتشار دی اکسید کربن از فرآیندهای صنعتی و نیروگاه ها را جذب می کند و اثرات زیست محیطی آنها را کاهش می دهد. پیشرفت در انرژی زیستی، از جمله سوخت های زیستی و بیوگاز، نیز جایگزین های پایداری برای سوخت های فسیلی ارائه خواهد کرد.
انتظار می رود که دهه آینده شاهد یک تغییر عمیق در چشم‌انداز انرژی خواهیم بود که با افزایش اتکا به منابع تجدیدپذیر، پیشرفت در فناوری‌های ذخیره‌سازی، تحول دیجیتال از طریق هوش مصنوعی و بلاک چین و مدل‌های تجاری نوآورانه مشخص می‌شود. هدف این روندها در مجموع ایجاد یک سیستم انرژی پایدارتر، کارآمدتر و انعطاف پذیرتر در سطح جهانی است.
شما در حوزه‌های مختلفی از جمله پیل‌های سوختی و نانوکاتالیست‌ها فعالیت دارید. فکر می‌کنید ایران در این حوزه‌ها در مقایسه با دیگر کشورها چه جایگاهی دارد و چگونه می‌توان این جایگاه را ارتقا داد؟
ایران در زمینه پیلهای سوختی و نانوکاتالیست ها پیشرفت هایی داشته است، اما همچنان به دلیل محدودیت‌های اقتصادی، اتکا به سوخت‌های فسیلی و زیرساخت‌های تحقیقاتی محدود و همکاری ناکافی بین دانشگاه، صنعت و دولت، در این زمینه ها از کشورهای پیشرو و توسعه یافته عقب است. کشور ما علیرغم داشتن ذخایر قابل توجه گاز طبیعی که می تواند تولید هیدروژن را تسهیل کند، جایگاه قابل توجهی در بازار جهانی هیدروژن و پیل سوختی ندارد. در حال حاضر کشور ما از رقبای منطقه ای مانند ترکیه و عربستان سعودی که سرمایه گذاری های قابل توجه تری در زمینه انرژی های تجدیدپذیر و فناوری های هیدروژن انجام داده اند، عقب است. هر چند دولت برنامه هایی از جمله تهیه پیش نویس سند ملی هیدروژن، را برای توسعه هیدروژن و هدایت تلاشهای آینده آغاز کرده است، با این حال، بودجه ناکافی و سرعت کند اجرای پروژه مانع پیشرفت آن شده است. یک مانع مهم فقدان بودجه کافی برای تحقیق و توسعه هم در زمینه پیلهای سوختی و هم در فناوری نانو است. این امر مانع نوآوری و افزایش مقیاس پروژه ها می شود. زیرساخت کافی برای تولید و توزیع هیدروژن نیز وجود ندارد که برای ایجاد یک بازار مناسب بسیار مهم است. علاوه بر اینها یک سیاست ملی شفاف که از فناوری های انرژی پاک حمایت می کند نیز  وجود ندارد.
با این حال، راه‌هایی برای بهبود وجود دارد که می‌تواند توانایی‌های ایران را در این زمینه‌ها افزایش دهد. مهمترین آن تأمین بودجه بیشتر از هر دو بخش دولتی و خصوصی برای حمایت از تحقیق و توسعه در این زمینه ها و  تقویت زیرساخت های تحقیقاتی و سرمایه گذاری در آزمایشگاه ها و تجهیزات پیشرفته برای تسهیل تحقیقات پیشرفته است.  علاوه بر آن تدوین یک استراتژی ملی جامع که اهداف روشنی را برای تولید هیدروژن و استقرار فناوری پیل سوختی را مشخص می کند، می تواند بسیار راه گشا باشد. 
در کنار این موارد تقویت همکاری قوی‌تر بین دانشگاه‌ها، مؤسسات تحقیقاتی و صنعت برای هدایت نوآوری و انتقال فناوری،  جذب استعدادها و تشویق به بازگشت دانشمندان و مهندسان ایرانی شاغل در خارج از کشور با ارائه حقوق رقابتی و فرصت های تحقیقاتی و ایجاد مشارکت های بین المللی با کشورها و موسسات پیشرو برای دستیابی به فناوری ها و تخصص های پیشرفته، کشور ما نیز می تواند موقعیت خود را در زمینه پیل های سوختی و نانوکاتالیست ها بهبود بخشد و در نهایت به آینده انرژی پایدارتر کمک کند.