Teknik fordobler omdannelse af CO2 til plastkomponent

Fossile brændstoffer har længe været forløberen for plast, men ny forskning fra University of Nebraska-Lincoln og europæiske samarbejdspartnere kunne hjælpe med at sende den æra op i røg-kuldioxid, for at være præcis.

Fremstillet næsten udelukkende af forbrænding af fossile brændstoffer, kuldioxidkoncentrationer i atmosfæren er steget fra 280 dele pr. million i den præindustrielle æra til omkring 410 PPM i dag. Den tendens, kombineret med den begrænsede forsyning af fossile brændstoffer, har presset forskere til at undersøge metoder til fremstilling af plastik fra CO ₂ frem for olie eller naturgas - genanvendelse af CO ₂ ligesom plastik er nu.

Nebraskas Vitaly Alexandrov og kolleger har nu beskrevet en katalysatorbaseret teknik, der kan fordoble mængden af ​​kuldioxid, der omdannes til ethylen, en væsentlig komponent i verdens mest almindelige plast, polyethylen.

"Omdannelsen af ​​CO ₂ er meget vigtig for at hjælpe med at opveje de emissioner, der fører til global opvarmning og andre skadelige processer i miljøet, sagde Alexandrov, adjunkt i kemi og biomolekylær teknik.

Kobber er dukket op som den primære kandidat til at katalysere kemiske reaktioner, der omdanner kuldioxid til plastdannende polymermolekyler, hvilket den gør, når der tilføres spænding. Men nogle kobberbaserede opsætninger har ikke formået at konvertere mere end cirka 15 procent af CO ₂ i ethylen, et for lavt udbytte til at imødekomme industriens behov.

Så forskere ved Swansea University i Wales besluttede at prøve at belægge kobber med forskellige polymerer i håb om at øge denne effektivitet. Efter at have overlejret den med en polymer kaldet polyacrylamid, de fandt ud af, at deres kobberskums omregningskurs steg fra 13 til 26 procent.

Alexandrov og postdoktorforsker Konstantin Klyukin kørte derefter kvantemekanikbaserede simuleringer gennem Nebraskas Holland Computing Center for at hjælpe med at forklare, hvorfor polyacrylamid formåede at udkonkurrere sine polymere fætre. De opdagede, at polyacrylamidet nedbryder CO ₂ og samler det igen til et par bundne C-O-forbindelser, stabiliserer derefter det nye molekyle, da det driver yderligere kemiske reaktioner - dem, der i sidste ende producerer ethylen.

"CO ₂ er et meget stædig molekyle, fordi det har dobbeltbindinger, der er meget vanskelige at bryde, "Sagde Alexandrov." Det er den mest udfordrende del af forsøget på at konvertere det til noget andet. Du vil ikke bruge for meget energi på at konvertere det; Ellers, det er en afvejning, der bliver ineffektiv. "

Selvom forskere ønsker at forbedre denne effektivitet yderligere, Alexandrov sagde, de har et øje mod et større mål:at dreje CO ₂ direkte ind i polyethylen, der udgør plastposer, beholdere og film.

"En af de ting, som eksperimentelle ønsker, er at gå fra at syntetisere simple molekyler, som ethylen, til meget komplicerede molekyler i en batchreaktion, "Sagde Alexandrov." Du satte CO ₂ katalysatorer, og du ender med polymerstrukturer, som du kan sælge i en butik. Men disse molekyler har meget komplicerede strukturer. Dette er et første skridt mod at forstå, hvordan vi kan (skabe dem). "