عرصه‌هاي پيشنهادي فناوري‌نانو براي صنعت پتروشيمي کشور

مقدمه
رفتار ماده در مقياس مياني نانومتري (يعني مابين مقياس آنگستروم تا مقياس ميکروني) تفاوتي بنيادي با رفتار آن در ديگر مقياس‌ها دارد و کنترل اين رفتار با کمک فناوري‌نانو موجب پديدآمدن انبوهي از خواص مفيد مي‌گردد، که مي‌توانند منافع تجاري فراواني را نيز به همراه داشته باشند. در ذيل دو عرصه تحقيق و توسعه فناوري‌نانو که به اعتقاد ما از جذابيت بيشتري براي صنعت پتروشيمي کشور برخوردار مي‌باشند، پيشنهاد مي‌گردند. عرصه اول به بهره‌گيري از محصولات فناوري‌نانو در بهبود فرايندها و عرصه دوم به محصولات جديد مبتني بر فناوري‌نانو مربوط مي‌شود.
1. نانوکاتاليزورها و مواد نانوحفره‌اي
1-1. مقدمه
فناوري‌نانو نويدبخش بهبود جهش‌آور کاتاليزورهاست و وجود کاتاليزورهاي کارا و انتخاب‌پذير به معناي کاهش تصاعدي هزينه‌هاي جاري و ثابت واحدهاي پتروشيمي است (مثل حذف محصولات جانبي و درنتيجه واحدهاي جداسازي، عدم استفاده از فلزات گران‌بها، انجام واکنش‌ در شرايط دما و فشار ملايم‌تر، و پايداري کاتاليزور).
در فرايندهاي کاتاليزوري مختلف معمولاً از پايه‌هاي بسيار متخلخلي استفاده مي‌شود، که اندازه حفرات آنها در حد نانومتر است. با اين وجود تنها مواد موسوم به زئوليت‌ها داراي اندازه حفره کاملاً تعريف‌شده‌اي مي‌باشند. به عنوان مثال هم‌اکنون در صنعت پتروشيمي، اندازه دقيق حفرات زئوليت Y باعث واکنش انتخابي و بسيار اقتصادي ايزومريزاسيون زايلن‌ها به پارازايلن مي‌گردد. با اين حال زئوليت‌هاي متداول با مشکلات زيادي همچون محدوديت قطر حفره و ناپايداري شيميايي و حرارتي روبرو مي‌باشند. در اين راستا در چند سال اخير پيشرفت‌هايي روي ساخت زئوليت‌هاي بهتري همچون MCM-48 و برخي از پايه‌هاي منظم ديگر صورت پذيرفته است.
مواد نانوحفره‌اي منظم نه‌تنها باعث انتخاب‌پذيري واکنش‌هاي شيميايي مي‌شوند، بلکه پايه ذاتاً ارزاني براي جذب يا فيلتراسيون مولکول‌هاي پيچيده به حساب مي‌آيند. مثلاً پيشرفت‌هايي که در زمينه غشاهاي آلوميناي آندي فقط در دو سه سال اخير صورت گرفته است، رؤياي رآکتورهاي غشايي (MR) را امکان‌پذير ساخته است.
در صورتي که پايه‌هاي نانوحفره‌اي به‌خوبي توسعه يابند، مي‌‌توان از يکي ديگر از امکانات فناوري‌نانو يعني نانوخوشه‌ها در کاتاليزورها سود جست. خوشه‌هايي که از 12 تا 50 اتم تشکيل شده باشند، خواصي متفاوت با اتم‌هاي منفرد و مواد توده‌اي دارند. اين خوشه‌ها به عنوان اتم‌هاي مجازي مي‌توانند خواصي را از خود بروز دهند که هيچ‌ يک از عناصر جدول تناوبي نداشته باشد؛ از همين رو از نانوخوشه‌ها مي‌توان به عنوان کاتاليزورهايي با خواص نوين استفاده کرد. به عنوان مثال در فرايندي همچون GTL عليرغم آزمايش تمام عناصر جدول تناوبي در ترکيب کاتاليزورها، هنوز انتخاب‌پذيري واکنش بسيار پائين است.
علاوه بر اين‌ها مدل‌ها و تئوري‌هاي جديد نانومقياس امکان شبيه‌سازي دقيق رفتار نانوساختارهاي مختلف را پديد آورده است. از اين‌رو مي‌توان پيش از ساخت و آزمايش گران‌قيمت نانوکاتاليزورها، آنها را در يک محيط مجازي آزموده و از انجام آزمايش‌هاي غيرضروري پرهيز کرد.
1-2. نحوه درگيري صنعت پتروشيمي در نانوکاتاليزورها

با وجود آن که ساخت کاتاليزورها، جزو صنعت پتروشيمي نيست، اما بايد پذيرفت که هيچ بخشي از صنعت به اندازه پتروشيمي از مزاياي نانوکاتاليزورها (به عنوان هسته اصلي اين صنعت) منتفع نمي‌شود.
مزاياي نانوکاتاليزورها واقعاً تکان دهنده است.
اگرچه عرصه تحقيق کاتاليزورها، عرصه‌اي گسترده و با ريسک بالا مي‌باشد، اما وسعت کار و تبعاً ريسک نانوکاتاليزورها (به عنوان بخش کوچکي از کل کاتاليزورها) کمتر است.
مدل‌سازي‌هاي نانومقياس باعث کاهش آزمايش‌هاي تجربي و به عبارتي سرمايه‌گذاري مي‌گردد.
در صورتي که تنها يک ماده نانوحفره‌اي منظم ساخته شود، از آن مي‌توان به عنوان پايه‌اي در ساخت انواع کاتاليزورها و فيلتراسيون‌هاي پيشرفته ديگر سود جست.
ارزش افزوده اين مواد بسيار بالاست و نيازمند واحدهاي توليدي خيلي بزرگي نمي‌باشند.
گلوگاه اين عرصه، بخش تحقيقات بنيادي است، که هم به‌راحتي در کشور ما قابل انجامند و هم گستره‌اي وسيع و غيرقابل پيش‌بيني دارد (بعيد نيست يک ابتکار ساده سبب پيشتازي پتروشيمي کشور در يک عرصه خاص شود).
صنعت پتروشيمي کشور اگرچه متولي تحقيقات نيست، ولي مي‌تواند به عنوان پيشران اين عرصه به خريد نتايج پژوهشي موفق اقدام کند. به عنوان مثال، اين صنعت مي‌تواند سالانه تعدادي جايزه به مقالات پژوهشي برتر در اين عرصه اعطا کند، تا پايه علمي کشور در اين عرصه در راستاي منافع پتروشيمي تقويت شود. واريز شدن اين وجوه سبب مي‌شود آزمايشگاه‌هاي تحقيقاتي شايسته به سکوهاي توسعه فناوري کشور تبديل شوند. طبيعي است که نتايج پژوهشي بسيار جذاب مي‌توانند با حمايت پتروشيمي وارد مرحله توسعه و ساخت پايلوت شوند (براي اطلاعات بيشتر ضميمه را ببينيد).
2. عرصه نانوکامپوزيت‌هاي پليمري
2-1. مقدمه
گذشته از هواپيماها، اکثر وزن ديگر وسايل نقليه را، مواد فلزي سنگيني همچون فولاد تشکيل مي‌دهند. گسترش صنعت خودروها و افزايش فزاينده مصرف سوخت، محرک صنايع خودروسازي براي سبک‌سازي خودروها بوده است. با اين وجود تاکنون جايگزين ارزان‌قيمتي براي فلزات آهني پيدا نشده بود. اخيراً توجه فوق‌العاده‌اي به سمت نانوکامپوزيت‌هاي پليمري صورت گرفته است، که عليرغم سبکي، از استحکام بالايي برخوردارند. در حال حاضر باتوجه به ارزاني قيمت، از نانوذرات سيليکاتي استفاده مي‌شود، ولي بعيد نيست که با کاهش قيمت‌هاي جهاني در چند سال ديگر، از عناصر قدرتمندتري همچون نانولوله‌هاي کربني در نانوکامپوزيت‌هاي پليمري استفاده شود.
ورود نانوکامپوزيت‌هاي قدرتمند به معناي افت شديد تقاضا براي فولاد و پلاستيک‌هاي معمولي است.
2-2. نحوه درگيري صنعت پتروشيمي در نانوکامپوزيت‌هاي پليمري
برخلاف نانوکاتاليزورها، نانوکامپوزيت‌ها عرصه‌اي کوچکتر و با دورنماي تجاري مشخص است، که به جاي فاز تحقيق، در حال گذراندن فاز توسعه خود مي‌باشند. با اين حال، کشور ما در امر توسعه معمولاً با کندي و ناکارايي مواجه بوده است. لذا بهترين کار به نظر ما، ريختن طرح شراکت با يک شرکت يا دانشگاه خارجي پيشتاز در اين زمينه است. بر اساس اين شراکت، هر دو طرف ايراني و خارجي مسئول تأمين بودجه و انجام تحقيق و توسعه در زمينه نانوکامپوزيت‌ها خواهند بود. اين امر سبب کاهش ريسک‌ سرمايه‌گذاري و پيشتازبودن در اين زمينه پژوهشي حياتي است (براي اطلاعات بيشتر ضميمه را ببينيد).