Группа исследователей во главе с Минешем Сингхом из Иллинойского университета в Чикаго открыла способ преобразования 100% углекислого газа, уловленного из промышленных выхлопов, в этилен, ключевой строительный материал для пластмассовых изделий.
Их выводы опубликованы в Cell Reports Physical Science.
В то время как исследователи изучают возможность преобразования углекислого газа в этилен уже более десяти лет, подход группы UIC является первым, позволяющим добиться почти 100% использования углекислого газа для производства углеводородов. Их система использует электролиз для преобразования захваченного углекислого газа в этилен высокой чистоты с другими видами топлива на основе углерода и кислородом в качестве побочных продуктов.
Процесс может преобразовать до 6 метрических тонн углекислого газа в 1 метрическую тонну этилена, перерабатывая почти весь захваченный углекислый газ. Поскольку система работает на электричестве, использование возобновляемых источников энергии может сделать процесс углеродно-отрицательным.
По словам Сингха, подход его команды превосходит цель других технологий улавливания и преобразования углерода с нулевым выбросом углерода за счет фактического сокращения общего объема выбросов углекислого газа в промышленности. «Это чистый негатив», — сказал он. «На каждую 1 тонну произведенного этилена вы получаете 6 тонн CO. 2 из точечных источников, которые в противном случае выбрасывались бы в атмосферу».
Предыдущие попытки преобразования двуокиси углерода в этилен основывались на реакторах, производящих этилен в потоке исходных выбросов двуокиси углерода. В этих случаях всего 10% CO 2 обычно преобразуется в этилен. Этилен позже должен быть отделен от диоксида углерода в энергоемком процессе, часто с использованием ископаемого топлива.
В подходе UIC электрический ток проходит через ячейку, половина которой заполнена захваченным углекислым газом, а другая половина — раствором на водной основе. Наэлектризованный катализатор втягивает заряженные атомы водорода из молекул воды в другую половину блока, разделенную мембраной, где они соединяются с заряженными атомами углерода из молекул углекислого газа, образуя этилен.
Среди производимых химических веществ во всем мире этилен занимает третье место по выбросам углерода после аммиака и цемента. Этилен используется не только для создания пластиковых изделий для упаковки, сельского хозяйства и автомобилестроения, но и для производства химикатов, используемых в антифризах, медицинских стерилизаторах и виниловом сайдинге для домов.
Этилен обычно производится в процессе, называемом паровым крекингом, который требует огромного количества тепла. Крекинг производит около 1,5 метрических тонн выбросов углерода на тонну произведенного этилена. В среднем производители ежегодно производят около 160 млн тонн этилена, что составляет более 260 миллионов тонн углекислого газа во всем мире.
В дополнение к этилену ученые UIC смогли производить другие богатые углеродом продукты, полезные для промышленности, с помощью своего подхода к электролизу. Они также добились очень высокой эффективности преобразования солнечной энергии, преобразовывая 10% энергии солнечных панелей непосредственно в выход углеродных продуктов. Это намного выше современного стандарта в 2%. Для всего произведенного ими этилена эффективность преобразования солнечной энергии составляла около 4%, что примерно соответствует скорости фотосинтеза.
