گذار از سوخت‌های فسیلی به فناوری‌های کربن‌صفر ضروری است

به گزارش ایرنا، جلیل وحدتی خاکی، عضو هیأت علمی دانشگاه فردوسی و دبیر علمی کنفرانس iMat ۲۰۲۶ در آستانه برگزاری این کنفرانس علمی حوزه مهندسی مواد و متالورژی گفت انتخاب شعار «از مهندسی مواد تا آینده‌ای سبز، پیوند متالورژی، انرژی و محیط زیست» برای کنفرانس امسال، برآمده از یک تغییر پارادایم بنیادین در درک نقش مهندسی مواد و متالورژی در قرن بیست‌ویکم است.

وی گفت: «اگر در انقلاب‌های صنعتی پیشین، متالورژی صرفاً وظیفه استخراج فلزات و تأمین آلیاژهای سازه‌ای را غالباً بدون توجه به پیامدهای زیست‌محیطی و مصرف بی‌رویه انرژی بر عهده داشت، امروزه علم مواد در قلب راه‌حل‌های اقلیمی قرار گرفته است.»

وی افزود: «واقعیت علمی آن است که هیچ جهشی در فناوری‌های انرژی پاک، بدون طراحی هدفمند مواد در مقیاس اتمی، مهندسی ریزساختار و بازنگری در فرآیندهای متالورژیکی امکان‌پذیر نخواهد بود.»

انقلاب در سیستم‌های تبدیل و ذخیره‌سازی انرژی

این عضو هیأت علمی دانشگاه فردوسی خاطرنشان کرد: نخستین ضلع این پیوند سه‌گانه، انقلاب در سیستم‌های تبدیل و ذخیره‌سازی انرژی از طریق مهندسی سطح و الکتروکاتالیست‌هاست. در مسیر گذار به اقتصاد هیدروژنی، تولید هیدروژن سبز از طریق شکافت الکتروشیمیایی آب به‌عنوان پاک‌ترین حامل انرژی شناخته می‌شود.

وحدتی ادامه داد با این حال، سینتیک کُند واکنش‌های نیم‌سلولی، یعنی واکنش تصاعد هیدروژن و واکنش تصاعد اکسیژن و اتلاف انرژی به‌صورت پتانسیل اضافی، چالش اصلی تجاری‌سازی الکترولایزرهاست.

وی گفت تا سال‌ها، فلزات گران‌بهای گروه پلاتین نظیر پلاتین، ایریدیوم و روتنیوم تنها کاتالیست‌های کارآمد در این حوزه بودند که کمیابی و قیمت سرسام‌آور آن‌ها، توسعه در مقیاس گیگاواتی را مسدود می‌کرد. در سال‌های اخیر، متالورژی فیزیکی و الکتروشیمی با همگرایی در طراحی آلیاژهای چندجزئی از فلزات واسطه ارزان‌قیمت و فراوان در پوسته زمین نظیر سیستم‌های مبتنی بر نیکل، کبالت، آهن و منگنز، این بن‌بست را شکسته‌اند.

متالورژی سبز و کربن‌زدایی از صنایع مادر

دبیر علمی کنفرانس iMat ۲۰۲۶ با بیان این‌که ضلع دوم این تحول، متالورژی سبز و کربن‌زدایی از صنایع مادر است، افزود: صنعت فولاد و متالورژی استخراجی به تنهایی مسئول حدود ۷ تا ۹ درصد از کل انتشار دی‌اکسید کربن انسان‌ساز در کره زمین است. وی گفت: «ما نمی‌توانیم از آینده‌ای سبز سخن بگوییم، در حالی که مواد اولیه ساخت توربین‌های بادی، پنل‌های خورشیدی و خودروهای الکتریکی با روش‌های آلاینده سنتی تولید می‌شوند.»

وحدتی خاطرنشان کرد کنفرانس امسال به‌طور ویژه بر گذار از احیای مبتنی بر کربن به سمت احیای مستقیم سنگ آهن با استفاده از هیدروژن سبز و الکترولیز اکسیدهای مذاب تمرکز دارد، فرآیندهایی که محصول جانبی آن‌ها به‌جای گازهای گلخانه‌ای، بخار آب یا اکسیژن خالص است.

وی ادامه داد علاوه‌بر این، طراحی نسل جدید فولادهای پیشرفته با استحکام بالا و آلیاژهای سبک‌وزن مبتنی بر آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم، با کاهش وزن سازه‌ها و ناوگان حمل‌ونقل، به‌طور مستقیم مصرف سوخت و ردپای کربنی را در طول چرخه عمر محصول کاهش می‌دهد.

اقتصاد چرخشی، بازیافت پیشرفته و هوش مصنوعی

این عضو هیأت علمی دانشگاه فردوسی، ضلع سوم این پیوند را اقتصاد چرخشی، بازیافت پیشرفته و متالورژی ثانویه دانست و گفت توسعه فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر و باتری‌های یون‌لیتیوم و حالت‌جامد، تقاضا برای عناصر حیاتی و استراتژیک مانند لیتیوم، کبالت، نیکل، منگنز و عناصر خاکی کمیاب را به شدت افزایش داده است.

او تصریح کرد استخراج بی‌رویه این عناصر از معادن طبیعی، خود به یک بحران زیست‌محیطی جدید و تخریب اکوسیستم‌ها دامن می‌زند.

دبیر علمی کنفرانس iMat ۲۰۲۶ افزود در این میان، مهندسی مواد از طریق توسعه فرآیندهای هیدرومتالورژی سبز، بیومتالورژی و استفاده از حلال‌های یوتکتیک عمیق زیست‌تخریب‌پذیر، امکان استخراج انتخابی و بازیابی با خلوص بالای این فلزات ارزشمند را از زباله‌های الکترونیکی و باتری‌های فرسوده فراهم کرده است. همچنین، پارادایم «طراحی آلیاژها برای بازیافت‌پذیری» با کاهش تنوع عناصر آلیاژی مزاحم و مدیریت ناخالصی‌ها در مذاب، اجازه می‌دهد تا قراضه‌های فلزی بدون افت خواص مکانیکی و خوردگی، بارها به چرخه تولید بازگردند.

وحدتی ادامه داد در کنار این سه محور، ورود هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و ترمودینامیک محاسباتی، سرعت کشف و بهینه‌سازی مواد پایدار را چندین برابر کرده است. امروزه به جای روش‌های پرهزینه و زمان‌بر سعی و خطا در آزمایشگاه، غربالگری با توان عملیاتی بالا به ما امکان می‌دهد تا پایداری فازی، مقاومت به خوردگی و فعالیت کاتالیستی هزاران ترکیب آلیاژی را پیش از سنتز پیش‌بینی کنیم؛ امری که خود موجب صرفه‌جویی عظیم در مصرف مواد شیمیایی و انرژی در فاز پژوهش می‌شود.

وی گفت هدف کمیته علمی این کنفرانس، شکستن مرزهای سنتی میان گرایش‌های مختلف مهندسی مواد از متالورژی استخراجی و فیزیکی گرفته تا سرامیک‌ها، خوردگی، الکتروشیمی و نانومواد و پیوند دادن آن‌ها با نیازهای واقعی بخش انرژی و محیط زیست است. مقالات، سخنرانی‌های کلیدی و نشست‌های تخصصی کنفرانس امسال به گونه‌ای برنامه‌ریزی شده‌اند که زنجیره کاملی از مبانی ترمودینامیکی و سینتیکی در مقیاس اتمی تا کاربردهای صنعتی و تجاری‌سازی فناوری‌های سبز را پوشش دهند.

دبیر علمی کنفرانس iMat ۲۰۲۶ از اساتید، پژوهشگران، دانشجویان تحصیلات تکمیلی و متخصصان صنعت دعوت کرد تا با ارائه آخرین دستاوردهای پژوهشی خود و مشارکت فعال در مباحث علمی این رویداد، در ترسیم نقشه راهی علمی، بومی و همگام با مرزهای دانش جهانی برای ساختن آینده‌ای سبز و پایدار یاری کنند.

وی یادآور شد: «بی‌تردید، هم‌افزایی علمی شکل‌گرفته در این کنفرانس، گامی بلند در جهت تبدیل چالش‌های زیست‌محیطی امروز به فرصت‌های فناورانه فردا خواهد بود.»

پانزدهمین کنفرانس بین‌المللی مهندسی مواد و متالورژی ۱۰ و ۱۱ آذر ۱۴۰۵ در دانشگاه فردوسی مشهد در دانشکده مهندسی برگزار می‌شود و مهلت ارسال اصل مقاله تا ۲۵ آبان ۱۴۰۵ تعیین شده است.