वाशिंगटन स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण प्रक्रिया में आत्मनिर्भर दोलनों की खोज की है, जो कोयला, प्राकृतिक गैस या बायोमास को तरल ईंधन में परिवर्तित करने की एक प्रमुख औद्योगिक विधि है। इस सफलता से स्थिर अवस्था के बजाय प्रतिक्रिया में दोलन संबंधी व्यवहार का पता चलता है, जिससे संभावित रूप से अधिक कुशल और नियंत्रणीय ईंधन उत्पादन हो सकता है। यह खोज रासायनिक उद्योग में उत्प्रेरक डिजाइन और प्रक्रिया अनुकूलन के लिए एक नया ज्ञान-आधारित दृष्टिकोण प्रदान करती है।
वाशिंगटन स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने कोयला, प्राकृतिक गैस या बायोमास को तरल ईंधन में परिवर्तित करने की एक प्रमुख औद्योगिक विधि, फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण प्रक्रिया को समझने में एक बड़ी सफलता हासिल की है। स्थिर अवस्था में रहने वाली कई उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के विपरीत, उन्होंने पाया कि फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया उच्च और निम्न-गतिविधि वाले राज्यों के बीच बारी-बारी से आत्मनिर्भर दोलन प्रदर्शित करती है।
जर्नल साइंस में प्रकाशित यह खोज, प्रतिक्रिया दरों को अनुकूलित करने और वांछित उत्पादों की उपज बढ़ाने की संभावना को खोलती है, जिससे भविष्य में संभावित रूप से अधिक कुशल ईंधन उत्पादन सक्षम हो सकता है।
पश्चिमी सिडनी विश्वविद्यालय में जीन और लिंडा वोलैंड स्कूल ऑफ केमिकल इंजीनियरिंग और बायोइंजीनियरिंग में वोलैंड के प्रतिष्ठित प्रोफेसर, संबंधित लेखक नॉर्बर्ट क्रूस ने कहा: "आम तौर पर, रासायनिक उद्योग सुरक्षा चिंताओं के कारण बड़े तापमान परिवर्तन के साथ दर में उतार-चढ़ाव नहीं चाहता है। वर्तमान मामले में, दोलन नियंत्रणीय हैं और यांत्रिक रूप से अच्छी तरह से समझे जाते हैं। प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक समझ के लिए ऐसा आधार होने से विकास का दृष्टिकोण पूरी तरह से अलग हो जाता है - यह हमें वास्तव में अनुमति देता है। ज्ञान-आधारित दृष्टिकोण, जो बहुत आगे तक जाएगा।"
उत्प्रेरक डिजाइन पर पुनर्विचार
हालाँकि फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण प्रक्रिया का उपयोग आमतौर पर ईंधन और रासायनिक उत्पादन में किया जाता है, शोधकर्ताओं को इस बारे में बहुत कम पता है कि यह जटिल उत्प्रेरक रूपांतरण प्रक्रिया कैसे काम करती है। यह प्रक्रिया दो सरल अणुओं, हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड को लंबी आणविक श्रृंखलाओं में परिवर्तित करने के लिए उत्प्रेरक का उपयोग करती है, ये हाइड्रोकार्बन रोजमर्रा की जिंदगी में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।
एक सदी से भी अधिक समय से, ईंधन और रासायनिक उद्योगों में अनुसंधान एवं विकास परीक्षण-और-त्रुटि दृष्टिकोण पर निर्भर रहा है, लेकिन अब शोधकर्ता अधिक जानबूझकर उत्प्रेरक डिजाइन करने और प्रतिक्रियाओं को ट्यून करने में सक्षम होंगे ताकि उत्प्रेरक प्रदर्शन में सुधार करने वाले दोलन राज्यों को प्रेरित किया जा सके।
स्नातक छात्र झांग रुई द्वारा क्रूस के सामने एक समस्या पेश करने के बाद शोधकर्ताओं ने दोलन घटना पर ठोकर खाई: वह प्रतिक्रिया के तापमान को स्थिर करने में असमर्थ था। जब उन्होंने एक साथ इसका अध्ययन किया, तो उन्हें आश्चर्यजनक दोलनों का पता चला।
शोधकर्ताओं ने न केवल यह पता लगाया कि प्रतिक्रिया ने एक दोलनशील प्रतिक्रिया स्थिति उत्पन्न की, बल्कि यह भी पता लगाया कि क्यों। अर्थात्, जब प्रतिक्रिया से उत्पन्न गर्मी के कारण तापमान बढ़ता है, तो प्रतिक्रियाशील गैसें उत्प्रेरक सतह से संपर्क खो देती हैं और प्रतिक्रिया दर धीमी हो जाती है, जिससे तापमान कम हो जाता है। एक बार जब तापमान काफी कम हो जाता है, तो उत्प्रेरक सतह पर प्रतिक्रियाशील गैसों की सांद्रता बढ़ जाती है और प्रतिक्रिया की गति बढ़ जाती है। अत: तापमान बढ़ता है और चक्र समाप्त हो जाता है।
सिद्धांत और प्रयोग एक हो जाते हैं
अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने आमतौर पर इस्तेमाल होने वाले कोबाल्ट उत्प्रेरक का उपयोग करके प्रयोगशाला में प्रतिक्रिया का प्रदर्शन किया, जिसे सेरियम ऑक्साइड जोड़कर ट्यून किया गया, और फिर यह मॉडल किया गया कि यह कैसे काम करता है। सह-लेखकों में से एक, यूनिवर्सिटी लिबरे डी ब्रुसेल्स के पियरे गैसपार्ड ने एक प्रतिक्रिया प्रोटोकॉल विकसित किया और सैद्धांतिक रूप से प्रतिक्रिया की प्रयोगात्मक दर और चयनात्मकता को दोहराने के लिए समय-समय पर अलग-अलग तापमान लगाए।
पश्चिमी सिडनी विश्वविद्यालय के वालैंडर कॉलेज में रीजेंट के प्रोफेसर, संवाददाता लेखक योंग वांग ने कहा: "यह वास्तव में आश्चर्यजनक है कि हम सैद्धांतिक रूप से एक मॉडल बनाने में सक्षम थे। सैद्धांतिक डेटा और प्रयोगात्मक डेटा लगभग सुसंगत हैं।"
क्रूज़ 30 से अधिक वर्षों से दोलन संबंधी प्रतिक्रियाओं का अध्ययन कर रहे हैं। फिशर-ट्रॉप्स प्रतिक्रिया के दोलनशील व्यवहार की खोज आश्चर्यजनक थी क्योंकि प्रतिक्रिया यंत्रवत रूप से बेहद जटिल है।
क्रूस ने कहा, "कभी-कभी हमें अपने शोध में बहुत सारी असफलताओं का सामना करना पड़ता है क्योंकि चीजें वैसी नहीं होती जैसी आपने कल्पना की थी, लेकिन ऐसे क्षण भी होते हैं जिनका आप वर्णन नहीं कर सकते।" "यह उपलब्धि की भावना है, लेकिन इस बड़ी सफलता को हासिल करने के उत्साह का वर्णन करने के लिए 'उपलब्धि की भावना' बहुत कमजोर है।"