Инженеры из Университета Цинциннати разработали многообещающую электрохимическую систему для преобразования выбросов химических и электростанций в полезные продукты при решении проблемы изменения климата.

Доцент Колледжа инженерии и прикладных наук Калифорнийского университета Цзинцзе Ву и его студенты использовали двухступенчатую каскадную реакцию для преобразования углекислого газа в монооксид углерода , а затем в этилен — химическое вещество, используемое во всем, от упаковки пищевых продуктов до шин.

«Мир находится в процессе перехода к низкоуглеродной экономике. Углекислый газ в основном выбрасывается в атмосферу энергетической и химической промышленностью. Мы превращаем углекислый газ в этилен, чтобы уменьшить углеродный след». «Идея исследования вдохновлена ​​​​основным принципом реактора идеального вытеснения. Мы позаимствовали принцип конструкции реактора в нашей конструкции сегментированных электродов для двухступенчатого преобразования».

Исследование было опубликовано в журнале Nature Catalysis в сотрудничестве с Калифорнийским университетом в Беркли и Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли.

Выпускник Колледжа инженерии и прикладных наук Калифорнийского университета Тяньюй Чжан, один из ведущих авторов исследования, в прошлом году провел аналогичное исследование, в котором изучались способы преобразования углекислого газа в метан, который можно было бы использовать в качестве ракетного топлива для исследования Марса.

«Значение двухступенчатой ​​конверсии заключается в том, что мы можем повысить селективность и производительность по этилену одновременно с использованием стратегии низких затрат», — сказал Чжан. «Этот процесс может быть применен к различным реакциям, потому что структура электрода является общей и простой».

Селективность означает выделение желаемых соединений. Производительность – это количество этилена, которое может произвести реактор.

«Мы выборочно сокращаем выбросы углерода до чего-то, что считается ценным из-за его множества последующих применений», — сказал Чжан.

По его словам, приложения могут применяться в различных отраслях промышленности, от сталелитейных и цементных заводов до нефтегазовой промышленности.

«В будущем мы сможем использовать эту технику для сокращения выбросов углерода и получения прибыли от этого. Таким образом, сокращение выбросов углерода больше не будет дорогостоящим процессом», — сказал он.

Этилен называют «самым важным химическим веществом в мире». Он используется в различных пластмассах, от бутылок с водой до труб из ПВХ, текстиля и резины, используемых в шинах и изоляции.

Профессор Ву сказал, что химическое вещество, которое они производят, известно как «зеленый этилен», потому что оно производится из возобновляемых источников.

«В идеале мы можем удалить парниковый газ из окружающей среды, одновременно производя топливо и химикаты», — сказал Ву. «Электростанции и заводы по производству этилена выбрасывают много углекислого газа. Наша цель — улавливать углекислый газ и превращать его в этилен с помощью электрохимической конверсии».

Пока этот процесс требует больше энергии, чем он производит в этилене. По словам Ву, используя тандемные электроды, инженеры UC смогли повысить производительность и селективность, которые являются ключевыми показателями, позволяющими сделать процесс коммерчески привлекательным для промышленности.

По словам Ву, сдерживание и преобразование парниковых газов дает огромные экологические преимущества.

«Это продвигает правительство. В будущем нам понадобится устойчивое развитие , поэтому нам нужно будет конвертировать углекислый газ », — сказал он.

И Ву сказал, что медь не обязательно является лучшим катализатором этой реакции, поэтому у отраслевых экспертов есть вероятные альтернативы, которые могут еще больше повысить производительность и эффективность.

«Наша система очень универсальна, но вы можете использовать предпочитаемые катализаторы», — сказал Ву. «Но даже с коммерческой медью мы смогли более чем удвоить производительность. С еще лучшим катализатором мы смогли решить экономическую проблему».

Ву в прошлом году подал заявку на патент на свой дизайн.

Чжан сказал, что системе потребуется некоторое время, чтобы стать экономичной. Но они уже добились огромных успехов, сказал он.

«Технология значительно улучшилась за 10 лет. Так что я оптимистично настроен в следующие 10 лет, мы увидим аналогичные достижения. Это меняет правила игры», — сказал Чжан.