کاهش آلایندگی صنایع مازوت‌سوز با فناوری نانو

این روزها مازوت یا همان نفت کوره متهم اصلی آلودگی هوا است؛ سوختی که در اکثر کشورهای پیشرفته به عنوان سوختی مقرون به صرفه به حساب می‌آید، در ایران عامل آلودگی شناخته شده و هر روز برچسب جدید بر آن زده می‌شود.

شهر بدون دوده تنها با تجهیز خودروهای دیزلی به فیلتر دوده ایجاد نمی‌شود؛ چرا که آلودگی هوای این روزهای کلانشهرها ناشی از مازوت‌سوزی نیروگاه‌ها است

هنگام ورود نفت‌خام به برج تقطیر، فرآورده‌هایی همچون بنزین، گازوییل، گاز مایع و سوخت جت خارج و از قسمت انتهای برج تقطیر فرآورده سنگینی به نام نفت کوره خارج می‌شود. این فرآورده نفتی در گذشته در نیروگاه‌ها، لوکوموتیوها و سوخت کشتی‌ها مورد استفاد قرار می‌گرفت و در حال حاضر به عنوان یک سوخت محبوب در کشورهای صنعتی پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرد، به گونه‌ای که زغال‌سنگ و نفت کوره اصلی‌ترین سوخت نیروگاه‌های جهان به شمار می‌روند.

برای کاهش آلایندگی نیروگاه‌های مازوت‌سوز یا باید سوخت مناسبی جایگزین آن شود و یا با نصب فیلتر، از تشدید آلودگی هوا جلوگیری شود.

در کشورهای پیشرفته بر روی دودکش‌های نیروگاه، تجهیزات رفع آلودگی و فیلتراسیون به منظور تصفیه و فیلتر گاز خروجی از نیروگاه‌ها نصب می‌شود و همین مساله مانع از انتشار آلودگی ناشی از سوخت زغال سنگ و مازوت در محیط می‌شود. در ایران نیز به دلیل عدم استفاده از فناوری‌های موجود در حوزه فیلتراسیون، به تمام نیروگاه‌ها سوخت گاز و گازوئیل تحویل داده می‌شود، ولی در فصول سرد سال به علت کمبود گاز و گازوییل، به طور محدود در برخی نیروگاه‌ها نفت کوره توزیع و ارائه می‌شود، ولی در کنار آن می‌بایست نسبت به استانداردسازی نیروگاه‌ها اقدام شود.

با توجه به اینکه مشتقات گوگرد موجود در مازوت اصلی‌ترین عامل آلودگی این فرآورده نفتی هستند، از این رو حذف این عنصر می‌تواند تا ۹۰ درصد از آلودگی‌های انتقال‌یافته به هوا را تعدیل کند. بر همین مبنا دو راهکار حذف مشتقات گوگرد از سوخت پیش از ورود به نیروگاه، همچنین حذف مشتقات گوگرد از طریق فیلتراسیون دود پس از سوخت مازوت در نیروگاه از شیوه‌های فنی کاهش قابل توجه آلودگی هوا است.

بر همین مبنا با توجه به تحلیل اقتصادی و زمان مورد نیاز در دسترس باید نسبت به انتخاب یکی از این دو راه‌حل در کاهش آلودگی ناشی از مصرف مازوت اقدام کرد.

نصب فیلتر و استفاده از شیوه‌های حذف مشتقات گوگرد در دودکش نیروگاه‌ها می‌تواند زمینه استفاده از مازوت را مهیا کند و به عبور مؤثر از چالش قطعی برق و قطعی گاز بدون تشدید آلودگی هوا منجر شود.

به گفته علی‌اصغر نجیمی، مدیر گروه صنعت ستاد توسعه فناوری نانو، نانو فیلترها شامل دو دسته "هوای ورودی" و "هوای خروجی" کارخانه‌ها و واحدهای صنعتی است و هر صنعتی که موتور و یا توربین داشته باشد، دارای هوای ورودی است که در حال حاضر در این زمینه تکنولوژی "نانو فیبر" را در اختیار داریم که شامل دستگاه‌های تولیدکننده نانو الیاف و فیلترهای نانویی می‌شود که توسط شرکت‌های دانش‌بنیان از سال ۱۳۹۰ توسعه یافته است.

وی با بیان اینکه برخی از شرکت‌های صنعتی برای تصفیه هوای خروجی واحدهای صنعتی خود اقدام به واردات این نوع فیلترها کردند، ادامه داد: ولی به دلیل اعمال تحریم‌ها از فروش آن به ایران امتناع شد و شرکت‌های نانویی دانش‌بنیان در این زمینه وارد شدند و توانستند این نوع فیلترها را به صورت صنعتی تولید کنند، به گونه‌ای که در حال حاضر در یکی از شرکت‌های صنعتی ۵ خط تولید این نوع فیلترها راه‌اندازی شده و ظرفیت بالایی از تولید فیلترهای ویژه هوای ورود کارخانجات و واحدهای صنعتی و نیروگاه‌ها ایجاد کرده‌اند.

نجیمی با بیان اینکه سایر شرکت‌های صنعتی نیز دستگاه‌های تولیدکننده نانو فیلترهای داخلی را خریداری و اقدام به راه‌اندازی خطوط فیلترهای نانویی هوای ورودی واحدهای صنعتی کردند، یادآور شد: ویژگی این فیلترها این است که هوای پاک‌تری را وارد محفظه احتراق می‌کند. زمانی که هوای پاک وارد محفظه شود، احتراق به صورت کامل انجام می‌شود.

نجیمی اضافه کرد: این ویژگی هم کاهش مصرف سوخت را به دنبال دارد و هم باعث می‌شود آسیب به قطعات متحرک موتور کاهش یابد و نتیجه این دو عامل کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری در مجتمع‌هایی که از نانو فیلتر بهره می‌برند، خواهد شد.

مدیر گروه صنعت ستاد توسعه فناوری نانو، افزایش بهره‌وری تولید برق در نیروگاه‌ها را از دیگر دستاوردهای بهینه‌سازی مصرف سوخت دانست و یادآور شد: بر اساس گزارش‌های منتشرشده استفاده از فیلترهای نانو برای تصفیه هوای ورودی نیروگاه‌ها، تا حدود یک درصد بهره‌وری را افزایش می‌دهد که عدد بالایی برای نیروگاه‌ها به شمار می‌رود.

وی با بیان اینکه در حال حاضر حدود ۳۰ نیروگاه از این نوع فیلترها استفاده می‌کنند، اضافه کرد: علاوه بر نیروگاه‌ها شرکت نفت و گاز نیز از این نوع فیلترها در واحدهای خود استفاده می‌کنند.

در حال حاضر شرکت‌های دانش‌بنیان اقدام به تولید فیلترهایی برای تصفیه هوا برای کاربردهای نیروگاهی کردند، ولی به گفته مدیرگروه صنعت ستاد نانو، دو عامل "سوخت پاک" و "بهره گیری از سیستم تصفیه هوا" باید به صورت توامان در نیروگاه‌ها استفاده شود و در صورتی که سوخت مورد نیاز نیروگاه‌ها پاک نباشد، سیستم تصفیه هوا به سرعت نیاز به تعویض دارد و موجب افزایش هزینه‌ها خواهد شد.

نسل جدید نانو فیلتر با قابلیت جذب دوده

در شرایطی که آلودگی هوای کلانشهرها مشکلات بسیاری را ایجاد کرده است، نوآوری محققان ایرانی به کمک رفع آلاینده‌های هیدورکربنی محیط زیست آمده است. فیلتر دوده تولیدشده قابلیت اجرا بر روی انواع خودروی دیزل و حتی با پایه موتور یورو ٢ و با شرایط سوخت گازوئیل یورو ٢ و ٧٠٠ PPm گوگرد را دارد، همچنین عمر و پایداری ٣ برابری نسبت به نمونه فیلتر سرامیکی خارجی دارد.

این فیلتر هوا قدرت جذب ذرات کوچکتر از ۲.۵ میکرون را دارد. پس می‌تواند برای کنترل آلودگی گامی مهم باشد، ضمن آنکه این فیلترها با نصب یک نانو کاتالیست جاذب، قابلیت استفاده در خودروهای بنزینی را نیز دارد.

ظرفیت صادراتی فیلترهای صنعتی نیروگاهی

یکی دیگر از شرکت‌های دانش‌بنیان نانو فیلترهای صنعتی را به تولید رسانده و توانسته است فیلترهای نیروگاهی خود را به عراق و فیلترهای خودرویی را به افغانستان صادر کند.

در فیلترهای هوای این شرکت از نانوالیاف استفاده شده است که این نانوالیاف نیز در این شرکت با خرید ۴ دستگاه تولید نانوالیاف ایرانی، تولید می‌شود.

فیلترهای هوای احتراقی خودرو وظیفه جذب و جداسازی ذرات معلق موجود در هوای تازه ورودی به موتور را بر عهده دارند. این فیلترها قطعاتی هستند که بر سر راه ورودی هوا به موتور احتراق داخلی خودروها (اعم از سبک، نیمه سنگین و سنگین) برای جلوگیری از ورود حشرات، گرد و غبار و سایر ذرات معلق به قطعات حساس آن قرار می‌گیرند.

فیلترهای صنعتی و نیروگاهی تولید شده در این شرکت دانش‌بنیان نیز از قابلیت‌هایی چون حفاظت بهتر از قطعات توربین‌های نیروگاهی، کاهش هزینه‌های توقفات و افزایش توان تولید برق و افزایش عمر فیلترها حداقل به ۱.۵ برابر عمر فعلی برخوردارند.

تولید فیلترهای نانویی نمونه‌برداری از آلاینده‌های هوا

محققان دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی موفق به اخذ گواهینامه نانومقیاس برای فیلتر نمونه‌برداری از سیلیس کریستالی شده‌اند که در فرایند شناسایی کمی و کیفی آلاینده‌های هوا کاربرد دارد.

تاکنون تولید فیلترهای نمونه‌برداری از آلاینده‌های هوا در داخل کشور با محدودیت‌ همراه بوده و وارادات آن نیز با توجه به تحریم‌های اقتصادی و نوسانات قیمت ارز، دشوار بوده است. بر این اساس توسعه فیلترهای تجاری بر پایه نانوالیاف برای اهداف نمونه‌برداری از آلاینده‌های ذره‌ای هوا مد نظر این محققان قرار گرفت. هدف اصلی این پروژه، جلوگیری از واردات این محصول و خروج ارز، معرفی نمونه‌های جدید و جایگزین برای فیلترهای نمونه‌برداری معمول و فراهم کردن شرایط فروش خطوط تولید نانوالیاف برای استفاده در تولید محصولی جدید به دنیا است.

در شناسایی و تعیین مقدار مواد شیمیایی در هوای محیط کار، مرحله‌ای با عنوان نمونه‌برداری وجود دارد که دارای اهمیت خاصی است و بر مبنای این نمونه‌برداری‌ها، آزمایشات لازم برای شناسایی کمی و کیفی آلاینده‌های هوا انجام گرفته و نتایج به دست آمده برای انجام اقدامات بعدی یعنی کنترل خطر آلاینده‌های شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تولید مدیاهای منسوج فیلترهای صنعتی هوا

هوای ایران در میان آلوده‌ترین هواها در جهان بوده و با توجه به رشد صنعتی در حال وخیم‌تر شدن است و ذرات معلق ناشی از فرآیند تولید مواد معدنی و سیمان در کارخانه‌ها به عنوان یکی از عوامل مهم ایجادکننده این آلودگی‌ها محسوب می‌شود.

بر این اساس محققان جهاد دانشگاهی صنعتی امیرکبیر تولید مدیاهای منسوج فیلترهای صنعتی را در دستور کار قرار دادند.

در زمینه استفاده از غبارهای تولیدی توسط کارخانه‌های سیمان کشور باید گفت که سیستم‌های فیلتراسیون قوی (فیلترهای هیبریدی) با مدیای منسوج بافته از الیاف معدنی مقاوم در برابر حرارت با ضریب بازدهی کمتر از ۱۰ میلی‌گرم در مترمکعب وارد کشور شده که مطابق با استانداردهای جهانی بوده و این سیستم‌ها به دلیل وارداتی بودن و قیمت آن تاکنون فقط در تعدادی از کارخانه‌های سیمان کشور نصب‌ شده‌اند. با کاربرد این نوع فیلترها در صنایع سیمان این شاخه از صنایع نیز به جمع دوستداران محیط‌زیست پیوسته است.

بومی‌سازی فناوری تولید مدیای منسوج از الیاف معدنی برای غبارگیری از گازهای خروجی کارخانه‌های آلاینده هوا و قطع وابستگی به خارج و پاسخگویی به نیازهای کنونی صنایع آلاینده هوا نظیر سیمان، مواد معدنی، فلزات و... از ضرورت‌های اجرای این طرح هستند.

از دستاوردها و خروجی این طرح می‌توان به تدوین دانش فنی تولید مدیای منسوج فیلتر بافته‌شده از الیاف معدنی مقاوم در برابر حرارت، ارزیابی عملکرد کیفی فیلترهای منسوج بافته‌شده از الیاف معدنی مقاوم در برابر حرارت در شرایط واقعی، قطع وابستگی به مدیای منسوج فیلتر بافته‌شده از الیاف معدنی مقاوم در برابر حرارت وارداتی و جلوگیری از خروج ارز و جلوگیری از آلودگی محیط‌زیست اشاره کرد.

تولید صنعتی فیلتر هوا

پژوهشگران کشور فیلترهای هوای نانوساختار برای فیلتر کردن هوای ورودی توربین و کمپرسورهای صنعتی با قابلیت ضد غبار و آبگریز را به بازار عرضه کردند.

فیلتر هوا وسیله‌ای متشکل از الیاف است که ذرات جامد مانند گرد وغبار، آلودگی و باکتری را از هوا پاک می‌کند. این آلودگی‌ها هنگام عبور از فیلتر به الیاف تشکیل‌دهنده‌ آن متصل شده و از آن عبور نخواهند کرد. بنابراین هرچه منافذ موجود در فیلتر کوچکتر باشد، کارایی فیلتر افزایش یافته و از عبور ذرات ریزتری می‌تواند جلوگیری کند.

این فیلترها (کوالسر) علاوه بر خاصیت جداسازی آلودگی، قدرت جداسازی مایع از مایع و یا مایع از گاز را نیز دارند. به عنوان مثال سوخت مصرفی در هواپیما حتماً باید با فیلترهای کوالسر فیلتر شده و پس از آزمایش استفاده شود.

در تولید این محصول، بستر فیلتر که وظیفه‌ اصلی فیلتراسیون را بر عهده دارد، با نانوالیاف پوشش داده می‌شود که این امر سبب افزایش کارایی و خواص فیلتر خواهد شد.

این محصول که به‌طور خاص در فیلتر کردن هوای ورودی توربین و کمپرسورهای صنعتی، موتورهای دوار و سیستم‌های غبارگیر در محدوده صنعتی کاربرد دارد، از کارایی بالاتری نسبت به فیلترهای رایج به لحاظ کمی و کیفی برخوردار است و بعضاً دارای ویژگی‌های خاص نظیر خاصیت ضد غبار (آنتی داست) و آبگریزی است.

کاهش آلودگی هوا با نانوفیلترهای صنعتی

با توجه به افزایش آلاینده‌ها در کلانشهرهای کشور یکی از شرکت‌های دانش‌بنیان نانوفیلترهای صنعتی را به بازار عرضه کرده که قدرت جذب آلاینده‌های بیشتری نسبت به سایر فیلترها دارد.

این محصول به دلیل وجود نانوالیاف، قدرت جذب آلاینده‌های آن نسبت به فیلترهای رایج بسیار بالاتر بوده و امکان گیراندازی ذرات زیر ۲٫۵ میکرون در این فیلترها وجود دارد. بنابراین شرکت‌ها و کارخانه‌های تولیدی می‌توانند با استفاده از این فیلترها نسبت به جذب ریزگردها از خروجی کارخانه اقدام کنند و در نهایت میزان رهایش ریزگردهای خطرناک به محیط زیست به حداقل برسد.

زدایش آلایندگی صنایع با نانو الیاف پلیمری

فیلترهای صنعتی حاوی نانوالیاف پلیمری از دیگر دستاوردهای دانش بنیان محققان کشور است که قابلیت زدایش ذرات آلاینده از خروجی کارخانه‌ها را دارد و در صنایع سیمان، فولاد، آرد، گچ، روغن نباتی و هر صنعتی که در جریان تولید، غبار ایجاد می‌کند، کاربرد دارد.

فیلترهایی که به صورت معمول در کارخانجات و صنایع استفاده می‌شود، میکروفیلتر بوده که قابلیت فیلتراسیون بالایی ندارد، ولی نانوفیلترها به واسطه جذب بالا و فیلتراسیون سطحی که با استفاده از نانوالیاف صنعتی انجام می‌شود، قابلیت غبارگیری تا سطح قابل‌توجهی را دارند.

فیلتر نیروگاهی با فناوری نانوالیاف

محققان کشور با کسب فناوری تولید نانوالیاف موفق به تولید صنعتی فیلترهای نیروگاهی ارتقاء یافته با استفاده از این فناوری شدند که با استفاده از آن، میزان بهره‌وری نیروگاه سالانه حدود ۲۰۰ میلیارد تومان افزایش می‌یابد.

با استفاده از نانو فیلترها در یک دوره کاری فیلتر (یک سال) در کل نیروگاه‌های کشور حدود یک میلیون و ۴۰۰ هزار مگاوات تولید برق بیشتر خواهیم داشت. متوسط قیمت تمام شده هر مگاوات برق تولید شده در کشور برابر با یک میلیون و ۴۰۰ هزار ریال است و بنابراین با استفاده از این فناوری در سال حدود ۲۰۰ میلیارد تومان برق بیشتر تولید خواهد شد.

در حال حاضر نیروگاه سیکل ترکیبی بندرعباس از این فیلترها استفاده می‌کند و با استفاده از فیلترهای نانویی استهلاک پره‌های توربین کاهش یافته، به طوری که برای هر دوره تعمیر برای هر نیروگاه حدود یک میلیارد تومان صرفه‌جویی خواهد داشت.

از جمله مزایای فیلترهای نیروگاهی اصلاح شده با نانو الیاف می‌توان به افزایش طول عمر فیلتر تا حدود دو برابر، کنترل و عدم افزایش افت فشار، افزایش قابل توجه کارآیی فیلتراسیون، افزایش راندمان تبدیل انرژی در صنایع خودرویی و نیروگاهی به همراه کاهش استهلاک تجهیزات و زمان خواب و تعمیر آنها و افزایش سطح حفاظت از توربین اشاره کرد.

بر اساس اعلام ستاد نانو، نام بیش از ۶۰۰ شرکت در لیست مشتریان این محصول قرار دارد که فولاد مبارکه و ذوب آهن اصفهان از جمله این مشتریان به شمار می‌روند.

فیلترهای صنعتی با قابلیت جمع‌آوری غبار

پروسه تولید اکثر کارخانجات صنعتی همراه با غبار است و این ذرات غبار اگر جمع‌آوری نشوند، به راحتی وارد محیط زیست شده و موجب آلودگی آن خواهند شد.

نمونه این آلایندگی افزایش ذرات کمتر از ۲.۵ میکرون در فصول سرد سال است که بخشی از آن از سوی کارخانجات صنعتی تولید می‎‌شود؛ از این رو محققان فیلترهایی را به تولید رساندند که حاوی پوشش‌های نانو الیاف است و قدرت جذب ذرات از ۳۰۰ نانومتر را دارند.

در گذشته کارخانجات از فیلترهای میکرومتری استفاده می‌کردند که جذب ذرات بالایی نداشتند، ولی نانوفیلترهای تولیدی مانع از انتشار ذرات کمتر از ۲.۵ میکرون به هوا می‌شوند.