Ερευνητές στις Ηνωμένες Πολιτείες ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο για την παραγωγή αιθυλενίου από απαέρια. Το αιθυλένιο χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μεγάλου μέρους των πλαστικών παγκοσμίως, αλλά το σύστημα παραγωγής του έχει τεράστιο αποτύπωμα άνθρακα. Για κάθε τόνο αιθυλενίου που παράγεται, παράγεται ένας τόνος διοξειδίου του άνθρακα.
Δημιουργία πλαστικού
Ερευνητές με επικεφαλής το Κολλέγιο Τεχνών και Επιστημών Weinberg ανέπτυξαν έναν ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια για να δημιουργήσει αιθυλένιο από αέριο σύνθεσης, ένα απαέριο που παράγεται από πλαστικό. Χρησιμοποιεί ένα νέο υλικό για να βοηθήσει στην κατάλυση της αντίδρασης. Και το κάνει αυτό με αποτελεσματικό τρόπο - μειώνοντας τη συνολική ενέργεια που απαιτείται για το σύστημα.
Πιο πράσινη αλυσίδα εφοδιασμού αιθυλενίου
«Στόχος μας είναι να απανθρακώσουμε τις χημικές ουσίες και αυτό το έργο είναι ένα μεγάλο βήμα προς αυτή την κατεύθυνση», δήλωσε ο Ted Sargent, καθηγητής Χημείας στο Lynn Hopton Davis και Greg Davis.
Η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας για να βοηθήσει στην προετοιμασία του δρόμου για μια πιο πράσινη αλυσίδα εφοδιασμού αιθυλενίου.
«Θέλουμε να δημιουργήσουμε ένα κυκλικό σύστημα που δημιουργεί χημικά δομικά στοιχεία από απόβλητα χωρίς τη χρήση ορυκτών καυσίμων, και αυτό το σύστημα αποτελεί μέρος αυτής της νέας αλυσίδας εφοδιασμού με αποδοτικότητα ατόμων και ενέργεια», εξήγησε ο Ke Xie, ερευνητής στη χημεία στο Northwestern.
Μειώστε την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ολόκληρης της διαδικασίας παραγωγής αιθυλενίου
Δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Energy, η ομάδα της μελέτης επιδίωξε την ηλεκτροπαραγωγή αιθυλενίου χρησιμοποιώντας μια πιο ενεργητική πρώτη ύλη - το αέριο σύνθεσης - που διατίθεται από τη θερμοαεριοποίηση, για να μειώσει την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ολόκληρης της διαδικασίας παραγωγής αιθυλενίου, και κατασκευάσαμε ένα σύστημα που τροφοδοτείται εξ ολοκλήρου με αέριο για να αποφύγουμε τον καυστικό ηλεκτρολύτη.
Η ομάδα εντόπισε μια βασική πρόκληση σε ένα τέτοιο σύστημα: όταν δεν υπήρχε αλκαλικός ανολύτης, οι γνωστοί ηλεκτρολύτες στερεάς κατάστασης ήταν αναποτελεσματικοί στην ενεργοποίηση του μετασχηματισμού CO-σε-αιθυλένιο. Οι ερευνητές, ως εκ τούτου, διερεύνησαν μια σειρά υποψήφιων ιοντομερών και αξιολόγησαν τον σχεδιασμό κώδικα για υψηλή ικανότητα ανταλλαγής ιόντων σε συνδυασμό με βελτιστοποιημένη σύνδεση κατιόντων.
Στη μελέτη, οι ερευνητές δήλωσαν ότι «εντόπισαν το πολυακρυλικό ως έναν αποτελεσματικό ξενιστή που επιτρέπει την παραγωγή C2H4 στα 1,2 V και 100 mA cm−2 (49 GJ ηλεκτρική ενέργεια ανά τόνο C2H4) στο σύστημα στερεάς κατάστασης που λειτουργεί σταθερά για πάνω από 80 ώρες και μετά από 30 κύκλους ενεργοποίησης/απενεργοποίησης όταν τροφοδοτείται με διακοπτόμενο ηλεκτρικό ρεύμα».
Η ομάδα του Sargent αναρωτήθηκε αν θα μπορούσε να αναπτύξει μια συσκευή που τροφοδοτείται με αέριο και στις δύο πλευρές της αντίδρασης, η μία πλευρά (η κάθοδος) με το μονοξείδιο του άνθρακα που υπάρχει στο αέριο σύνθεσης και η άλλη (η άνοδος) τροφοδοτείται χρησιμοποιώντας το υδρογόνο του.
«Στις αρχικές προσπάθειες, προσπαθήσαμε να κατασκευάσουμε έναν ηλεκτρολύτη αερίου-αερίου, αλλά απλά δεν λειτούργησε», είπε ο Sargent. «Και αυτό που συνειδητοποιήσαμε ήταν ότι δεν χρειαζόμασταν μόνο το νερό - χρειαζόμασταν το αλάτι».
Η δημιουργία του υλικού
Το υλικό, πολυακρυλικό νάτριο (PANa), δημιουργεί ένα μικροπεριβάλλον μέσα στο σύστημα που μιμείται ένα υγρό λουτρό άλατος, διατηρώντας παράλληλα το σύστημα στεγνό από υγρό νερό. Το αποτέλεσμα είναι μια διαδικασία που είναι περισσότερο από 60% πιο αποτελεσματική από τις πιο ενεργειακά αποδοτικές προηγούμενες ηλεκτροφόρες διαδικασίες που μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα σε αιθυλένιο, σύμφωνα με δελτίο τύπου.
«Η Bosi μείωσε σημαντικά την απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια μειώνοντας την τάση που πρέπει να εφαρμόσουμε στη συσκευή», δήλωσε ο Sargent.
Επιπλέον, η συσκευή λειτουργεί καλά με τη διακοπτόμενη φύση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
www.worldenergynews.gr
