Fra drivhusgasser til plast:Ny katalysator til genanvendelse af kuldioxid opdaget

Tænk, hvis vi kunne tage CO2, den mest berygtede af drivhusgasser, og konverter det til noget nyttigt. Noget som plastik, for eksempel. De positive virkninger kan være dramatiske, både at aflede CO2 fra atmosfæren og reducere behovet for fossile brændstoffer til fremstilling af produkter.

En gruppe forskere, ledet af University of Toronto Ted Sargent -gruppen, netop offentliggjorte resultater, der bringer denne mulighed meget tættere.

Ved hjælp af den canadiske lyskilde og en ny teknik eksklusiv til anlægget, de var i stand til at lokalisere de betingelser, der omdanner CO2 til ethylen mest effektivt. Ethylen, på tur, bruges til at fremstille polyethylen - den mest almindelige plast, der bruges i dag - hvis årlige globale produktion er omkring 80 millioner tons.

"Dette eksperiment kunne ikke have været udført andre steder i verden, og vi er begejstrede for resultaterne ", siger U fra T Ph.D. -studerende Phil De Luna, den ledende forsker på dette projekt.

Videnskaben

Kernen i dette arbejde er kuldioxidreduktionsreaktionen, hvor CO2 omdannes til andre kemikalier ved brug af en elektrisk strøm og en kemisk reaktion, hjulpet af en katalysator.

Mange metaller kan tjene som katalysatorer i denne reaktionstype:guld, sølv og zink kan danne kulilte, mens tin og paladium kan lave formater. Kun kobber kan producere ethylen, kernekomponenten i polyethylenplast.

"Kobber er lidt af et magisk metal. Det er magi, fordi det kan lave mange forskellige kemikalier, som metan, ethylen, og ethanol, men at kontrollere, hvad det gør, er svært, «siger De Luna.

Det er netop det, teamets resultater adresserer, imidlertid. De var i stand til at designe en katalysator og finde de ideelle betingelser for at maksimere ethylenproduktionen, samtidig med at metanproduktionen minimeres til næsten ingenting.

Parret med carbon capture -teknologi, dette kan føre til en utrolig grøn produktionsmekanisme til daglig plast, i mellemtiden opsamling af skadelige drivhusgasser.

"Jeg tror, ​​fremtiden vil blive fyldt med teknologier, der gør værdi ud af affald. Det er spændende, fordi vi arbejder på at udvikle nye og bæredygtige måder at imødekomme fremtidens energibehov, «siger De Luna.

Innovative teknikker og serendipitet

Et unikt udstyr udviklet af CLS seniorforsker Tom Regier gjorde det muligt for forskerne at studere både morfologi, eller form, og det kemiske miljø for deres kobberkatalysator under hele CO2 -reduktionsreaktionen, i realtid.

"Dette er aldrig gjort før, "siger ph.d.-studerende Rafael Quintero-Bermudez, papirets anden første medforfatter. "Denne unikke måling gav os mulighed for at undersøge en masse forskningsspørgsmål om, hvordan processen foregår, og hvordan den kan konstrueres til at forbedre."

Ved at identificere de præcise betingelser, der maksimerer ethylenproduktionen under reaktionen, det er muligt at konstruere en katalysator til at opfylde disse betingelser.

Quintero-Bermudez og De Luna nærmede sig slutningen af ​​deres tildelte forskningstid på CLS, da de vigtigste resultater kom ind. Efter utallige timers arbejde, og mange mislykkede forsøg, eksperimentet virkede.

"Vi var ved at give op, men da resultaterne kom ind, de var så gode, at vi måtte sidde ned. Virkelig flotte resultater, "siger Quintero-Bermudez.

Regier var lige så tilfreds med arbejdet.

"Vi arbejder hele tiden på at udvikle flere og bedre værktøjer til brug for forskersamfundet. Det er givende, når man ser værktøjerne blive brugt til at løse vigtige problemer med betydelige applikationer, «siger Regier.

Kvaliteten af ​​resultaterne taler for sig selv. De var blandt de første undersøgelser, der blev offentliggjort i det helt nye Natur familie journal Naturkatalyse .