Forskere udvikler kunstig fotosyntesenhed til grønnere produktion af ethylen

Et team af videnskabsmænd fra National University of Singapore (NUS) har udviklet en prototype enhed, der efterligner naturlig fotosyntese for at producere ethylengas kun ved brug af sollys, vand og kuldioxid. Den nye metode, som producerer ethylen ved stuetemperatur og -tryk ved hjælp af godartede kemikalier, kunne skaleres op for at give et mere miljøvenligt og bæredygtigt alternativ til den nuværende metode til fremstilling af ethylen.

Denne udvikling ledet af adjunkt Jason Yeo Boon Siang fra Institut for Kemi ved NUS Faculty of Science og Solar Energy Research Institute of Singapore (SERIS) blev først offentliggjort i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift ACS Sustainable Chemistry &Engineering.

Udfordringer ved den nuværende produktion af ethylen

Ethylen, som er byggestenen i polyethylen, er et vigtigt kemisk råmateriale produceret i store mængder til fremstilling af plast, gummi og fibre. Mere end 170 millioner tons ethylen blev produceret på verdensplan alene i 2015, og den globale efterspørgsel forventes at overstige 220 millioner tons i 2020.

Den nuværende industrielle produktion af ethylen anvender dampsprængning af fossile brændstoffer ved mellem 750 ° C og 950 ° C, som forbruger en stor mængde energi og udgør en belastning for naturlige brændselsressourcer. Den nuværende metode efterlader også et betydeligt CO2-fodaftryk, udleder omkring to ton kuldioxid for hvert ton produceret ethylen. Som sådan, der er en stigende efterspørgsel efter en renere og mere bæredygtig måde at producere ethylen på.

Vedtagelse af kunstig fotosyntese

I erkendelse af behovet for en mere miljøvenlig metode, Asst Prof Yeo og hans team udnyttede vedvarende energi til at producere ethylen. Holdet designede først en kobberkatalysator i 2015, der kunne generere ethylen fra let tilgængeligt vand og kuldioxid, når det drives af elektricitet. Denne kobberkatalysator blev efterfølgende indført i et kunstigt fotosyntesesystem for at omdanne kuldioxid og vand til ethylen ved hjælp af kun solenergi. Prototypeenheden designet til at udføre reaktionen opnåede en 30 procent faradaisk effektivitet af ethylen baseret på mængden af ​​elektroner genereret fra solenergi. Den samlede energieffektivitet af sol-til-ethylen er også sammenlignelig med niveauet af energieffektivitet af naturlig fotosyntese af planter.

"CO2-opsamling er et vigtigt skridt i kampen mod menneskedrevne klimaændringer. Der er sket en støt stigning i atmosfærens koncentration af kuldioxid, fordi hastigheden af ​​kuldioxidemissioner overstiger kulstoffangsten. Dette er blevet tilskrevet som en væsentlig årsag til global opvarmning, som fører til uønskede miljøændringer. Vores enhed anvender ikke kun en fuldstændig vedvarende energikilde, men omdanner også kuldioxid, en drivhusgas til noget nyttigt. Dette kan potentielt lukke kulstofcyklussen, " sagde prof Yeo.

Holdet inkorporerede også et batteri i prototypen for at opnå stabil og kontinuerlig produktion af ethylen, en central udfordring i kunstige fotosyntesesystemer. Batteriet lagrer overskydende solenergi opsamlet om dagen for at drive enheden om natten eller under svagt lys, sikre, at driften ikke afbrydes af varierende mængde sollys i løbet af dagen.

Opfindelsen markerer en betydelig milepæl i realiseringen af ​​et skalerbart kunstigt fotosyntesesystem til ren og bæredygtig produktion af vigtige organiske molekyler som ethylen.

Bevæger sig fremad, holdet vil fortsætte med at arbejde på deres enhed for at opskalere produktionen af ​​ethylen samt anvende lignende systemer til at producere flydende brændstoffer såsom ethanol og propanol.