Исследователи из п т машиностроения и Калифорнийского технологического института разработали новую и усовершенствованную систему для эффективного преобразования СО2, воды и возобновляемой энергии в этилен — предшественник широкий ассортимент пластиковых изделий, медицинских приборов для синтетических тканей-при нейтральных условиях. Устройство имеет потенциал, чтобы предложить углеродно-нейтральный путь к часто используемой химии при одновременном повышении накопления отходов углерода и избыток возобновляемой энергии.
«СО2 имеет низкую экономическую ценность, что снижает стимул, чтобы захватить его, прежде чем он войдет в атмосферу», — говорит профессор Тед Сарджент, у Т машиностроения привести на проект. «Превращая его в этилен, одним из наиболее широко используемых промышленных химикатов в мире, преобразует экономику. Возобновляемых источников этилена обеспечивает маршрут для вытеснения ископаемых видов топлива, которые являются в настоящее время основным сырьем для этого химиката».
В прошлом году, Сарджент и его команда опубликовали в статье в Науки о том, как они использовали электролизер-это устройство, которое использует электричество, чтобы привести в химические реакции — для преобразования CO2 в этилен с рекордной продуктивностью. В этой системе три реагентов, СО2, газа, воды и электричества, все сошлось на поверхности медного катализатора на основе.
Хотя аппарат был прорыв для команды, по-прежнему есть место для улучшения. Последняя версия, описанная в статье, опубликованной сегодня в Nature, в дальнейшем модифицирует катализатор для того, чтобы повысить производительность системы и снизить эксплуатационные затраты.
«Одна из проблем с этой реакции заключается в том, что хотя некоторые из СО2 превращается в этилен, большинство из них превращается в побочные продукты, особенно карбонатных, которая растворяется в жидкой части электролизера», — говорит аспирант Fengwang ли, ведущий автор новой бумаги. «Это нежелательные потери увеличивает стоимость последующего разделения продукта и очистка».
В последней работе, команды Сарджента сотрудничаем с Калифорнийском технологическом институте химии профессора Йонаса С. Петерс и Теодор любви. Их опубликовала исследование О класс молекул, известных как arylpyridiniums предположил, что добавление их в катализатор может способствовать производству этилена за других побочных продуктов.
Используя теоретические расчеты и эксперименты, две команды перебрали более десятка различных видов arylpyridiniums прежде чем выбрать один. Конечно, добавив тонкий слой этой молекулы к медной поверхности катализатора значительно увеличивается избирательность реакции на этилен. Это также привело к еще одно преимущество: снижение рабочей рН реакции от начального до нейтральной.
«Предыдущая система требовала воды побочные реакции в связи с высоким рН, очень базовые условия», — говорит Ли. «Но реакция СО2 с каустической содой в воде понижает рН, поэтому нам бы пришлось постоянно добавлять химикаты, чтобы держать рН вверх. Новая система работает так же хорошо при нейтральных условиях, поэтому мы можем исключить, что дополнительные затраты, а также потерю СО2 в виде карбоната.»
Улучшенный катализатор также длилась дольше, чем предыдущая версия, оставаясь стабильным в течение почти 200 часов работы. Еще одно усовершенствование-увеличение площади поверхности катализатора в пять раз-дал командам вкус проблем, которые необходимо будет преодолеть для того, чтобы масштабировать производство до промышленного уровня.
Хотя прототип еще далек от коммерциализации, общая концепция предлагает перспективный путь решить несколько ключевых проблем в области устойчивого развития. Это избавляет от необходимости добывать большее количество нефти, для того чтобы сделать пластмассы и другие товары народного потребления на основе этилена, и получается отходов CO2 в сырье, добавляя новые стимулы для инвестиций в добычу угля.
Ли также отмечает, что такая система может быть питание от возобновляемых источников, таких как ветер или солнечная энергия. В настоящее время часто возникает несоответствие между количеством электроэнергии, вырабатываемой на эти системы и потребительского спроса. За счет хранения избыточной электроэнергии в виде этилена, система предлагает способ сгладить эти пики и долины.
«Что хорошего в СО2-на-этилен системы преобразования заключается в том, что вам не нужно выбирать между сбора и переработки выбросов CO2 по сравнению с пытается предотвратить их возникновение в первую очередь за счет замещения ископаемого топлива», — говорит Ли. «Мы можем сделать оба в то же время».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!