ادرار انسان به مادهای ارزشمند برای صنایع تبدیل شد؛ کشف تازه دانشمندان چیست؟
پژوهشگران دانشگاه آدلاید روشی الکتروشیمیایی برای تبدیل اوره به هیدرازین توسعه دادهاند؛ مادهای مهم که در صنایع شیمیایی، دارویی و سامانههای انرژی کاربرد دارد. نکته جالب اینجاست که این فناوری روی منابع مختلف اوره، از جمله ادرار انسان و پسابهای غنی از اوره، آزمایش شده است.
به گزارش مجله فرتاک؛ شاید تصور اینکه ادرار انسان بتواند به یک ماده شیمیایی ارزشمند تبدیل شود عجیب به نظر برسد، اما پژوهشگران دانشگاه آدلاید استرالیا دقیقاً چنین مسیری را آزمایش کردهاند.
آنها یک روش الکتروشیمیایی جدید توسعه دادهاند که در آن اوره، یکی از ترکیبات اصلی موجود در ادرار، با کمک برق و کلرید سدیم به هیدرازین تبدیل میشود؛ مادهای مهم که در صنایع مختلف از جمله تولید برخی مواد دارویی و سامانههای انرژی کاربرد دارد. این پژوهش در نشریه معتبر Nature Synthesis منتشر شده است.
اما این خبر به معنای آن نیست که بهزودی میتوان ادرار را مستقیماً به سوخت خودرو یا موشک تبدیل کرد. فناوری فعلاً در مرحله پژوهشی قرار دارد و خود محققان نیز به چالشهایی مانند مصرف انرژی برای جداسازی محصول، تجمع نمک و طراحی سامانههای صنعتی اشاره کردهاند.
هیدرازین چیست و چرا تولید آن اهمیت دارد؟
هیدرازین با فرمول شیمیایی N₂H₄ یک ترکیب شیمیایی پرانرژی است که کاربردهای متنوعی دارد.
این ماده در صنایع مختلف از جمله برخی فرایندهای شیمیایی و دارویی استفاده میشود و همچنین بهدلیل ویژگیهای انرژیزایی، در برخی سامانههای فضایی و سوختی مورد توجه قرار گرفته است. پژوهشگران همچنین آن را برای فناوریهای نوظهور انرژی بررسی میکنند.
اهمیت پژوهش جدید فقط در «تولید هیدرازین از ادرار» خلاصه نمیشود. مسئله بزرگتر، پیدا کردن روشی کمخطرتر و کمهزینهتر برای تولید این ماده از یک منبع حاوی نیتروژن است.
روشهای صنعتی سنتی تولید هیدرازین به فرایندهایی متکی هستند که میتوانند به مواد شیمیایی خطرناک و مصرف انرژی قابل توجه نیاز داشته باشند. پژوهشگران دانشگاه آدلاید تلاش کردهاند مسیر متفاوتی را با استفاده از الکتریسیته ایجاد کنند.
دانشمندان چگونه اوره را به هیدرازین تبدیل کردند؟
ایده اصلی پژوهش بر پایه یک فرایند الکتروشیمیایی است.
در سامانه آزمایششده، اوره و کلرید سدیم در محیط آبی وارد فرایند میشوند. الکتریسیته باعث ایجاد گونههای فعال کلر روی سطح الکترود میشود. این گونهها با اوره واکنش میدهند و یک ماده واسطه به نام N-chlorourea تشکیل میشود.
در مرحله بعد، این ماده واسطه تحت شرایط قلیایی به هیدرازین تبدیل میشود.
بنابراین، برخلاف تصور سادهشدهای که ممکن است از تیتر خبر ایجاد شود، فرآیند به شکل «ادرار وارد دستگاه میشود و هیدرازین از طرف دیگر بیرون میآید» نیست.
بلکه دانشمندان ابتدا از اوره موجود در منابع مختلف بهعنوان ماده اولیه استفاده کردهاند و سپس آن را در یک سامانه الکتروشیمیایی و چندمرحلهای به محصول موردنظر تبدیل کردهاند.
چرا ادرار انسان وارد این پژوهش شد؟
اوره مادهای نسبتاً فراوان در ادرار انسان است و همین موضوع آن را به یک منبع بالقوه برای بازیابی ترکیبات نیتروژندار تبدیل میکند.
پژوهشگران نشان دادهاند که روش آنها فقط با اوره خالص کار نمیکند و میتواند با منابع واقعیتر از جمله پسابهای غنی از اوره و ادرار انسان نیز مورد آزمایش قرار گیرد.
این موضوع از نگاه اقتصاد چرخشی اهمیت دارد: مادهای که در حالت عادی بخشی از جریان فاضلاب محسوب میشود، میتواند بهعنوان یک ماده اولیه شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.
البته این موضوع با «استفاده مستقیم از ادرار بهعنوان سوخت» تفاوت اساسی دارد.
دستاورد مهم پژوهش؛ تولید پایدار در یک سامانه جریان پیوسته
یکی از بخشهای مهم پژوهش، آزمایش فناوری در یک الکترولایزر جریان پیوسته بود.
پژوهشگران گزارش کردهاند که سامانه آنها در چگالی جریان ۱۰۰ میلیآمپر بر سانتیمتر مربع به نرخ تولید هیدرازین ۱.۰۴ میلیمول بر سانتیمتر مربع در ساعت دست یافته و توانسته است تا ۲۴۰ ساعت عملکرد پایدار نشان دهد. آنها همچنین بازده استفاده از الکترون برای تولید هیدرازین را ۶۰.۱ درصد گزارش کردهاند.
این اعداد برای یک پژوهش آزمایشگاهی قابل توجهاند، اما نباید آنها را با ظرفیت یک کارخانه صنعتی اشتباه گرفت.
«عملکرد موفق در یک الکترولایزر آزمایشگاهی» با «آمادگی برای تولید انبوه» فاصله دارد.
خود مقاله نیز تأکید میکند که برای رسیدن به کاربرد عملی، هنوز مشکلات مهندسی و اقتصادی باید برطرف شوند.
آیا واقعاً میتوان از ادرار انسان هیدرازین تولید کرد؟
بله، در سطح آزمایشگاهی این موضوع در پژوهش جدید نشان داده شده است.
اما باید بین سه موضوع تفاوت گذاشت:
| ادعا | وضعیت |
|---|---|
| اوره موجود در ادرار میتواند ماده اولیه باشد | تأییدشده در پژوهش |
| میتوان اوره را به هیدرازین تبدیل کرد | تأییدشده در پژوهش |
| فناوری برای تولید صنعتی آماده است | هنوز اثبات نشده |
| این فناوری میتواند در آینده به بازیافت پسماند کمک کند | پتانسیل دارد |
| ادرار مستقیماً به سوخت خودرو تبدیل میشود | برداشت نادرست |
بنابراین جذابترین بخش خبر، در واقع یک مفهوم بزرگتر است: تبدیل یک پسماند حاوی نیتروژن به مادهای با ارزش اقتصادی.
این فناوری چه ارتباطی با خودروهای برقی دارد؟
در برخی گزارشهای اولیه درباره این پژوهش، هیدرازین با فناوریهای انرژی و باتریهای خودروهای برقی نیز مرتبط شده است. دانشگاه آدلاید هیدرازین را در کنار کاربردهای دارویی، سوختهای فضایی و سامانههای انرژی نوظهور معرفی کرده است.
اما این نکته باید دقیق بیان شود:
این پژوهش به معنی ساخت باتری خودروهای برقی از ادرار نیست.
هیدرازین یک ماده شیمیایی با کاربردهای مختلف است و پژوهشگران به ظرفیت آن در سامانههای انرژی توجه دارند. بنابراین بهتر است از تبدیل این یافته به ادعای «ساخت باتری خودرو با ادرار» خودداری کرد.
هیدرازین چه ارتباطی با سفرهای فضایی دارد؟
هیدرازین بهدلیل ویژگیهای شیمیایی و انرژیزایی خود سابقه طولانی در فناوری فضایی دارد و در برخی سامانههای پیشرانش و کاربردهای مرتبط با فضا استفاده شده است. پژوهشگران دانشگاه آدلاید نیز امکان استفاده از مسیر جدید تولید هیدرازین را برای سوخت و مأموریتهای فضایی طولانیمدت بهعنوان یک کاربرد بالقوه مطرح کردهاند.
با این حال، این یافته به معنای آن نیست که فضانوردان یا سازمانهای فضایی در آینده نزدیک ادرار را در فضا به سوخت موشک تبدیل خواهند کرد.
این موضوع فعلاً یک مسیر پژوهشی بالقوه است، نه فناوری عملیاتی.
بزرگترین مزیت این روش چیست؟
مهمترین مزیت پیشنهادی، ترکیب دو ایده است:
استفاده از یک ماده اولیه فراوان + استفاده از برق برای انجام واکنش شیمیایی.
اگر در آینده بتوان این فرایند را با برق حاصل از منابع تجدیدپذیر و در مقیاس بزرگ اجرا کرد، امکان کاهش وابستگی به برخی مواد اولیه و فرایندهای شیمیایی سنتی وجود خواهد داشت.
از طرف دیگر، استفاده از منابعی مانند پساب غنی از اوره میتواند به مفهوم بازیابی مواد از فاضلاب کمک کند؛ یعنی به جای اینکه تمام ترکیبات موجود در یک جریان فاضلاب صرفاً بهعنوان پسماند دیده شوند، بخشی از آنها دوباره وارد چرخه تولید شوند.
این همان بخشی است که پژوهش را از یک «کشف عجیب» به یک موضوع مهم در حوزه فناوری سبز تبدیل میکند.
هنوز چه مشکلاتی باقی مانده است؟
با وجود نتایج امیدوارکننده، فناوری هنوز راه زیادی تا کاربرد صنعتی دارد.
پژوهشگران خود به چند مانع اصلی اشاره کردهاند:
تجمع نمک
وجود کلرید سدیم برای واکنش ضروری است، اما تجمع نمک در سامانه میتواند در عملکرد طولانیمدت مشکل ایجاد کند.
هزینه جداسازی هیدرازین
تولید ماده شیمیایی تنها بخشی از فرایند است. محصول باید از محیط واکنش جدا و خالصسازی شود و این مرحله میتواند انرژی و هزینه قابل توجهی نیاز داشته باشد.
طراحی راکتور صنعتی
سامانهای که در آزمایشگاه کار میکند الزاماً برای تولید مداوم در مقیاس بزرگ مناسب نیست.
پژوهشگران قصد دارند طراحی راکتور، گردش مداوم مواد و مرحله جداسازی محصول را بهبود دهند.
هزینه نهایی
حتی اگر یک واکنش از نظر شیمیایی موفق باشد، برای ورود به صنعت باید از نظر اقتصادی نیز رقابتی باشد.
به همین دلیل هنوز نمیتوان گفت این فناوری جایگزین روشهای فعلی تولید هیدرازین شده است.
آیا این نخستین تلاش برای استفاده از ادرار بهعنوان ماده اولیه انرژی است؟
خیر.
گروه پژوهشی دانشگاه آدلاید پیش از این نیز روی استفاده از اوره و ادرار در فرایندهای الکتروشیمیایی کار کرده است. در پژوهشی که در سال ۲۰۲۵ در Nature Communications منتشر شد، همین گروه روشی برای استفاده از ادرار در تولید هیدروژن و کاهش مصرف انرژی در فرایند الکترولیز بررسی کرد.
این سابقه نشان میدهد پژوهش جدید یک آزمایش کاملاً جداگانه نیست، بلکه بخشی از یک مسیر تحقیقاتی گستردهتر درباره بازیابی انرژی و مواد ارزشمند از اوره و ادرار است.
آیا این فناوری میتواند به تصفیه فاضلاب هم کمک کند؟
یکی از جذابترین کاربردهای احتمالی همین است.
اگر بتوان اوره موجود در جریانهای فاضلاب را بهجای حذف ساده، به محصولات شیمیایی ارزشمند تبدیل کرد، فرایند تصفیه میتواند همزمان به یک فرایند بازیابی منابع تبدیل شود.
پژوهش جدید نیز سازگاری روش را با منابع واقعی حاوی اوره، از جمله پساب و ادرار، نشان داده است.
با این حال، این به معنای آن نیست که فناوری فعلی میتواند هر نوع فاضلابی را تصفیه کند. ترکیب شیمیایی فاضلاب بسیار متنوع است و استفاده صنعتی از منابع واقعی نیازمند کنترل آلودگیها، جداسازی ناخالصیها و طراحی مناسب فرایند است.
یک قدم مهم، اما نه یک فناوری آماده بازار
پژوهش منتشرشده در ۱۷ اوت ۲۰۲۶ در Nature Synthesis از نظر علمی قابل توجه است، زیرا تیم تحقیق توانسته مسیر مشخصی برای تبدیل اوره به هیدرازین با کمک الکتریسیته و کلرید سدیم ارائه کند و آن را در یک سامانه جریان پیوسته نیز آزمایش کند.
اما فاصله میان یک دستاورد آزمایشگاهی و محصول صنعتی همچنان قابل توجه است.
خود پژوهشگران نیز روی کاهش هزینه، سادهتر کردن جداسازی محصول، بهبود عملکرد مداوم سامانه و توسعه راکتورهای کاربردیتر تمرکز دارند.
جمعبندی
بله؛ دانشمندان موفق شدهاند اوره، از جمله اوره موجود در ادرار انسان، را در یک فرایند الکتروشیمیایی به هیدرازین تبدیل کنند.
اما اهمیت واقعی این کشف فراتر از جذابیت تیتر آن است. این پژوهش نمونهای از حرکت علم به سمت تبدیل پسماند به ماده اولیه ارزشمند است؛ رویکردی که میتواند در آینده برای مدیریت فاضلاب، تولید مواد شیمیایی و فناوریهای انرژی اهمیت داشته باشد.
با این حال، هنوز برای تبدیل این روش به یک فناوری صنعتی ارزان و مقیاسپذیر باید مشکلاتی مانند مصرف انرژی، جداسازی محصول، تجمع نمک و طراحی راکتور حل شود. بنابراین فعلاً بهتر است از آن بهعنوان یک فناوری امیدوارکننده در مرحله پژوهش و توسعه یاد کنیم، نه انقلابی که همین امروز صنعت سوخت یا باتری را متحول کرده است.
FAQ
آیا واقعاً میتوان از ادرار انسان هیدرازین تولید کرد؟
بله. پژوهشگران دانشگاه آدلاید نشان دادهاند که اوره موجود در منابعی مانند ادرار انسان میتواند در فرایند الکتروشیمیایی به هیدرازین تبدیل شود.
هیدرازین چه کاربردی دارد؟
هیدرازین یک ماده شیمیایی پرانرژی است که در صنایع مختلف، برخی کاربردهای دارویی و سامانههای انرژی و فضایی مورد استفاده قرار میگیرد.
آیا ادرار به سوخت موشک تبدیل میشود؟
نه به شکل مستقیم. اوره موجود در ادرار میتواند ماده اولیه تولید هیدرازین باشد و هیدرازین نیز کاربردهای فضایی دارد؛ اما این به معنی تبدیل مستقیم ادرار به سوخت موشک نیست.
آیا این فناوری الان صنعتی شده است؟
خیر. پژوهشگران عملکرد آزمایشگاهی و سامانه جریان پیوسته را نشان دادهاند، اما هنوز مشکلات اقتصادی و مهندسی برای تولید صنعتی باید حل شود.
آیا این روش برای محیط زیست بهتر است؟
پتانسیل آن وجود دارد، زیرا از یک منبع حاوی اوره و برق استفاده میکند و میتواند به بازیابی مواد از پسماند کمک کند. اما ارزیابی کامل زیستمحیطی و اقتصادی در مقیاس صنعتی هنوز ضروری است.
آیا این نخستین پژوهش درباره تبدیل ادرار به محصولات ارزشمند است؟
خیر. گروه دانشگاه آدلاید پیش از این نیز از ادرار و اوره برای پژوهشهای الکتروشیمیایی مرتبط با تولید هیدروژن استفاده کرده بود.
بعد از این مطلب بخوانید
علمی
روز جهانی حفاظت از لایه اوزون؛ سپری نامرئی که زندگی را ممکن میکند
لایه اوزون با جذب پرتوهای خطرناک فرابنفش، حیات روی زمین را حفظ میکند. هر سال ۱۶ سپتامبر (۲۵ شهریور) به عنوان روز جهانی حفاظت از لایه اوزون …
ادامه مطلب
لینک کپی شد.
دیدگاهها (۰)