Καταπληκτική ανακάλυψη στη μετατροπή της δέσμευσης άνθρακα σε παραγωγή αιθυλενίου

Μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Minch Singh στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις στο Σικάγο ανακάλυψε έναν τρόπο μετατροπής του 100% του διοξειδίου του άνθρακα που συλλαμβάνεται από τα βιομηχανικά καυσαέρια σε αιθυλένιο, ένα βασικό δομικό στοιχείο στα πλαστικά προϊόντα.

Τα ευρήματά τους δημοσιεύτηκαν στο Cell Reports Physical Sciences.

Ενώ οι ερευνητές διερευνούσαν τη δυνατότητα μετατροπής Διοξείδιο του άνθρακα σε μένα αιθυλένιο Για περισσότερο από μια δεκαετία, η προσέγγιση της ομάδας UIC ήταν η πρώτη που πέτυχε σχεδόν 100% χρήση διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή υδρογονανθράκων. Το σύστημά τους χρησιμοποιεί ηλεκτρόλυση για να μεταμορφώσει το pickup αέριο διοξείδιο του άνθρακα σε αιθυλένιο υψηλής καθαρότητας, με άλλα καύσιμα άνθρακα και οξυγόνο ως υποπροϊόντα.

Αυτή η διαδικασία μπορεί να μετατρέψει έως και 6 μετρικούς τόνους διοξειδίου του άνθρακα σε 1 μετρικό τόνο αιθυλενίου, ανακυκλώνοντας σχεδόν όλο το δεσμευμένο διοξείδιο του άνθρακα. Δεδομένου ότι το σύστημα λειτουργεί με ηλεκτρική ενέργεια, η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας μπορεί να κάνει τη διαδικασία αρνητική στον άνθρακα.

Σύμφωνα με τον Singh, η προσέγγιση της ομάδας του υπερβαίνει τον στόχο των καθαρών εκπομπών άνθρακα άλλων τεχνολογιών δέσμευσης και μετατροπής άνθρακα, μειώνοντας αποτελεσματικά τη συνολική παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα από τη βιομηχανία. «Είναι καθαρά αρνητικό», είπε. «Για κάθε τόνο αιθυλενίου που παράγεται, προσλαμβάνετε 6 τόνους διοξειδίου του άνθρακα₂ από συγκεκριμένες πηγές που διαφορετικά θα απελευθερώνονταν στην ατμόσφαιρα».

Προηγούμενες προσπάθειες μετατροπής του διοξειδίου του άνθρακα σε αιθυλένιο βασίζονταν σε αντιδραστήρες που παράγουν αιθυλένιο εντός της πηγής ρεύματος εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, λιγότερο από 10% διοξείδιο του άνθρακα₂ Οι εκπομπές συνήθως μετατρέπονται σε αιθυλένιο. Στη συνέχεια, το αιθυλένιο πρέπει να διαχωριστεί από το διοξείδιο του άνθρακα σε μια ενεργοβόρα διαδικασία που συχνά περιλαμβάνει ορυκτά καύσιμα.

Στην προσέγγιση UIC, το αρχείο ηλεκτρικό ρεύμα Διέρχεται από ένα κελί, το μισό γεμάτο με δεσμευμένο διοξείδιο του άνθρακα και το άλλο μισό με ένα υδατικό διάλυμα. Ο ηλεκτροκαταλύτης αντλεί φορτίο άτομα υδρογόνου Από μόρια νερού Το άλλο μισό της μονάδας χωρίζεται από μια μεμβράνη, όπου συνδυάζεται με το φορτίο άτομα άνθρακα από μόρια διοξειδίου του άνθρακα για να σχηματιστεί αιθυλένιο.

Μεταξύ των χημικών ουσιών που παράγονται παγκοσμίως, το αιθυλένιο κατέχει την τρίτη θέση σε εκπομπές άνθρακα μετά την αμμωνία και το τσιμέντο. Το αιθυλένιο χρησιμοποιείται όχι μόνο στην κατασκευή πλαστικά προϊόντα Για τη βιομηχανία συσκευασίας, τη γεωργία και την αυτοκινητοβιομηχανία, αλλά και για την παραγωγή χημικών ουσιών που χρησιμοποιούνται σε αντιψυκτικά, ιατρικούς αποστειρωτές και επένδυση βινυλίου για σπίτια.

Το αιθυλένιο παρασκευάζεται συνήθως με μια διαδικασία που ονομάζεται πυρόλυση με ατμό, η οποία απαιτεί τεράστιες ποσότητες θερμότητας. Η πυρόλυση παράγει περίπου 1,5 μετρικούς τόνους εκπομπών άνθρακα για κάθε τόνο αιθυλενίου που παράγεται. Κατά μέσο όρο, οι κατασκευαστές παράγουν περίπου 160 εκατομμύρια τόνους αιθυλενίου κάθε χρόνο, με αποτέλεσμα περισσότερα από 260 εκατομμύρια τόνους των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα παγκοσμίως.

Εκτός από το αιθυλένιο, οι επιστήμονες της UIC μπόρεσαν να παράγουν άλλα προϊόντα πλούσια σε άνθρακα χρήσιμα για τη βιομηχανία μέσω μιας προσέγγισης ηλεκτρόλυσης. Έχουν επίσης επιτύχει πολύ υψηλή απόδοση στη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας, μετατρέποντας το 10% της ενέργειας από Ηλιακούς συλλέκτες Απευθείας στην παραγωγή προϊόντων άνθρακα. Αυτό είναι πολύ πάνω από το πιο πρόσφατο σημείο αναφοράς του 2%. Για όλο το παραγόμενο αιθυλένιο, η απόδοση μετατροπής της ηλιακής ενέργειας ήταν περίπου 4%, που είναι περίπου το ίδιο με το ρυθμό της φωτοσύνθεσης.