This post is also available in: English
در دهه‌های اخیر، دغدغه‌های زیست‌محیطی و مقررات سخت‌گیرانه درباره کاهش آلاینده‌ها و استفاده از حلال‌های شیمیایی مضر، صنایع مختلف را به سوی فناوری‌های پایدارتر و پاک‌تر سوق داده است. دی‌اکسید کربن (CO2)، که بیشتر به عنوان یک گاز گلخانه‌ای شناخته می‌شود، با ورود به حوزه علوم مواد و فرآیندهای شیمیایی، به‌عنوان یک حلال سبز، پایدار و مقرون‌به‌صرفه در صنایع گوناگون از جمله صنایع نفت و گاز، داروسازی، غذایی و پوشش‌ها مطرح شده است.
در این مقاله، به بررسی خواص منحصر به فرد CO2 به ویژه در حالت سیال فوق بحرانی (scCO2)، کاربردهای مهم آن در فرآوری میعانات گازی و سایر صنایع مرتبط، مزایا و چالش‌های فنی می‌پردازیم و چشم‌انداز آینده استفاده از این فناوری را تحلیل می‌کنیم.
خواص دی‌اکسید کربن به عنوان حلال
دی‌اکسید کربن یک مولکول غیرقطبی، غیر سمی و فراوان است که می‌توان آن را از منابع متنوعی از جمله گازهای همراه استخراج میعانات گازی، فرایندهای صنعتی و یا حتی منابع طبیعی تأمین کرد. نقطه بحرانی CO2 در دمای 31.1 درجه سانتی‌گراد و فشار 7.38 مگاپاسکال است که در این شرایط، CO2 به حالت سیال فوق بحرانی (Supercritical CO2) تبدیل می‌شود.
این حالت خاص، ویژگی‌های فیزیکی بین گاز و مایع را داراست که شامل حلالیت بالا، نفوذپذیری مناسب، تراکم قابل تنظیم و ویسکوزیته پایین است. این خصوصیات امکان استخراج و فرآوری انتخابی ترکیبات پیچیده را فراهم می‌کند و باعث می‌شود CO2 جایگزینی ایده‌آل برای حلال‌های آلی سنتی و سمی باشد.
کاربردهای صنعتی دی‌اکسید کربن در تامین میعانات گازی و صنایع مرتبط
.1 استخراج و جداسازی میعانات گازی
در صنعت نفت و گاز، میعانات گازی که شامل هیدروکربن‌های سبک و مایعاتی است که در گاز طبیعی حل شده‌اند، اهمیت بالایی دارند. CO2 به عنوان حلال فوق بحرانی می‌تواند در فرآیندهای استخراج، جداسازی و پالایش این ترکیبات استفاده شود.
مزیت اصلی در اینجا حذف استفاده از حلال‌های نفتی مضر است که نه تنها ریسک آتش‌سوزی و آلودگی زیست‌محیطی را کاهش می‌دهد، بلکه منجر به محصولات نهایی با کیفیت بالاتر و بدون باقی‌مانده حلال می‌شود. استفاده از scCO2 در پالایش میعانات، هزینه‌های فرآیندی را کاهش و راندمان استخراج را افزایش می‌دهد.
.2 بازیابی و خالص‌سازی مواد افزودنی و ترکیبات با ارزش
در تولید و بهینه‌سازی میعانات، برخی ترکیبات با ارزش مانند مواد افزودنی ضد خوردگی یا مواد فعال در پالایشگاه‌ها نیاز به جداسازی دقیق دارند. CO2 فوق بحرانی به عنوان یک حلال با قابلیت تنظیم شرایط فرآیند، می‌تواند این مواد را با خلوص بالا بازیابی کند بدون آنکه ساختار شیمیایی آنها آسیب ببیند.
.3 کاربرد در فرآوری و اصلاح محصولات جانبی
در فرآوری میعانات، معمولاً محصولاتی جانبی مانند روغن‌ها و اسیدهای چرب تولید می‌شود که نیاز به اصلاح و تصفیه دارند. scCO2 به دلیل نفوذپذیری بالایش، برای استخراج روغن‌های طبیعی و فرآوری محصولات جانبی می‌تواند استفاده شود و جایگزین حلال‌های شیمیایی سمی شود.
.4 تمیزکاری تجهیزات و خطوط انتقال
در صنایع نفت و گاز، تمیزکاری تجهیزات و خطوط لوله از رسوبات نفتی و آلودگی‌ها یکی از مراحل کلیدی نگهداری است. استفاده از scCO2 برای شستشو و چربی‌زدایی این تجهیزات روشی پاک و کم‌هزینه است که به دلیل قابلیت نفوذ بالا، عملکرد بهتری نسبت به روش‌های سنتی دارد.
سایر کاربردهای CO2 در صنایع مرتبط
.1 صنعت داروسازی
در صنعت داروسازی، استخراج ترکیبات فعال از منابع طبیعی و فرمولاسیون داروهای کنترل شده از طریق scCO2 انجام می‌شود. این روش باعث حذف حلال‌های سمی و بهبود ایمنی محصولات دارویی می‌شود.
.2 صنعت غذایی
در فرآوری مواد غذایی، استفاده از CO2 فوق بحرانی برای استخراج مواد معطر، طعم‌دهنده‌ها و کافئین‌زدایی از قهوه روشی پاک و بدون باقی‌مانده شیمیایی است که کیفیت محصول را افزایش می‌دهد.
.3 صنعت پلیمر و پوشش‌ها
در تولید پلیمرهای زیست‌سازگار و پوشش‌های مقاوم، CO2 به عنوان حلال و محیط واکنش به کار می‌رود. این امر منجر به کاهش استفاده از حلال‌های خطرناک و افزایش ایمنی در خطوط تولید می‌شود.
| بیشتر بخوانید: آمونیاک مایع در سیستم‌های تبرید صنایع غذایی |  |
مزایای استفاده از CO2 به عنوان حلال سبز در صنایع میعانات گازی
• سازگاری زیست‌محیطی: CO2 یک گاز طبیعی است که با بازیافت و استفاده مجدد، می‌تواند چرخه‌ای بسته و پایدار را ایجاد کند و میزان انتشار آلاینده‌ها را کاهش دهد.
• کارایی بالا و قابل تنظیم: با تغییر فشار و دما، می‌توان حلالیت و خواص فیزیکی CO2 را متناسب با نیازهای خاص فرایند تنظیم کرد.
• حذف آسان پس از فرآیند: CO2 پس از پایان استخراج یا واکنش، با کاهش فشار به صورت گاز خارج می‌شود و نیازی به فرآیندهای پیچیده جداسازی باقی‌مانده حلال نیست.
• ایمنی عملیاتی بالا: CO2 غیرقابل اشتعال و کم‌خطر است که ایمنی کارکنان و تجهیزات را افزایش می‌دهد.
• کاهش هزینه‌های زیست‌محیطی: حذف یا کاهش مصرف حلال‌های سمی باعث کاهش هزینه‌های مدیریت ضایعات و تصفیه محیط زیست می‌شود.
چالش‌ها و موانع فنی
• حلالیت محدود برخی ترکیبات: بعضی مواد به خوبی در CO2 حل نمی‌شوند که نیازمند توسعه افزودنی‌ها یا کوحلال‌ها است.
• هزینه‌های سرمایه‌گذاری بالا: تجهیزات فشار بالا و فناوری‌های سیال فوق بحرانی هزینه‌های اولیه زیادی دارند که پذیرش گسترده را محدود می‌کند.
• نیاز به دانش فنی پیشرفته: طراحی و اجرای فرآیندهای مبتنی بر scCO2 نیازمند تخصص بالایی است که در برخی بازارها محدود است.
• مقیاس‌پذیری: بعضی فرآیندهای scCO2 در مقیاس صنعتی نیازمند بهینه‌سازی‌های فنی و اقتصادی بیشتری هستند.
روندهای نوین و چشم‌انداز آینده
با پیشرفت فناوری‌های مهندسی مواد و فرآیند، انتظار می‌رود که:
• توسعه افزودنی‌ها و کوحلال‌های جدید باعث افزایش دامنه کاربردهای CO2 شود.
• تجهیزات مقرون‌به‌صرفه‌تر و ماژولار، استفاده از scCO2 را در مقیاس‌های مختلف صنعتی آسان‌تر کند.
• نگرانی‌های زیست‌محیطی و سیاست‌های محدودکننده انتشار آلاینده‌ها، انگیزه قوی برای سرمایه‌گذاری در این فناوری‌ها ایجاد کنند.
• ادغام فناوری scCO2 با دیگر فناوری‌های نوین مانند نانوکاتالیست‌ها و بیوتکنولوژی باعث افزایش بازده و توسعه محصولات جدید شود.
| حتما بخوانید: کاربرد دی‌اکسید کربن در کنسروسازی |  |
دی‌اکسید کربن به عنوان یک حلال سبز و پایدار، در حوزه تامین و فرآوری میعانات گازی و صنایع مرتبط، توانایی ایجاد تحولی بزرگ را دارد. خواص منحصربه‌فرد آن در حالت فوق بحرانی امکان جایگزینی حلال‌های سنتی و مضر را فراهم کرده و منجر به فرآیندهای پاک‌تر، ایمن‌تر و کارآمدتر می‌شود. اگر چه چالش‌هایی در حوزه فناوری و سرمایه‌گذاری وجود دارد، روند رو به رشد پژوهش‌ها و پیشرفت‌های مهندسی نوید آینده‌ای پایدارتر برای استفاده گسترده از CO2 در صنایع مختلف را می‌دهد.
————————————————–
منابع
1. www.sibiotech.com
2. www.physixis.com
3. www.thermal-engineering.org