Ingeniører øger effektiviteten til at omdanne drivhusgas til ethylen

Ingeniører ved University of Cincinnati har skabt en mere effektiv måde at omdanne kuldioxid til værdifulde produkter på og samtidig tage fat på klimaændringer.

I sit kemiske ingeniørlaboratorium på UC's College of Engineering and Applied Science fandt lektor Jingjie Wu og hans team ud af, at en modificeret kobberkatalysator forbedrer den elektrokemiske omdannelse af kuldioxid til ethylen, nøgleingrediensen i plastik og et utal af andre anvendelser.

Ethylen er blevet kaldt "verdens vigtigste kemikalie." Det er bestemt blandt de mest almindeligt fremstillede kemikalier, der bruges i alt fra tekstiler til frostvæske til vinyl. Den kemiske industri genererede 225 millioner tons ethylen i 2022.

Wu sagde, at processen lover en dag at producere ethylen gennem grøn energi i stedet for fossile brændstoffer. Det har den ekstra fordel, at det fjerner kulstof fra atmosfæren.

"Ethylen er et centralt kemikalie på globalt plan, men den konventionelle dampkrakningsproces til dets produktion udsender betydelig kuldioxid," sagde Wu. "Ved at bruge kuldioxid som råmateriale i stedet for at være afhængig af fossile brændstoffer, kan vi effektivt genbruge kuldioxid."

Undersøgelsen blev offentliggjort i Nature Chemical Engineering .

Wus studerende, herunder hovedforfatter og UC-kandidat Zhengyuan Li, samarbejdede med Rice University, Oak Ridge National Laboratory, Brookhaven National Laboratory, Stony Brook University og Arizona State University.

Den elektrokatalytiske omdannelse af kuldioxid producerer to primære kulstofprodukter, ethylen og ethanol. Forskere fandt ud af, at brug af en modificeret kobberkatalysator producerede mere ethylen.

"Vores forskning giver væsentlig indsigt i divergensen mellem ethylen og ethanol under elektrokemisk CO₂ reduktion og foreslår en levedygtig tilgang til at rette selektivitet mod ethylen," sagde hovedforfatter Li.

"Dette fører til en imponerende 50% stigning i ethylenselektivitet," sagde Wu. "Ideelt set er målet at producere et enkelt produkt frem for flere."

Li sagde, at næste trin er at forfine processen for at gøre den mere kommercielt levedygtig. Konverteringssystemet mister effektivitet, da biprodukter fra reaktionen, såsom kaliumhydroxid, begynder at dannes på kobberkatalysatoren.

"Elektrodestabiliteten skal forbedres til kommerciel anvendelse. Vores næste fokus er at forbedre stabiliteten og udvide dens drift fra 1.000 til 100.000 timer," sagde Li.

Wu sagde, at disse nye teknologier vil hjælpe med at gøre den kemiske industri grønnere og mere energieffektiv.

"Det overordnede mål er at dekarbonisere kemisk produktion ved at bruge vedvarende elektricitet og bæredygtigt råmateriale," sagde Wu. "At elektrificere omdannelsen af ​​kuldioxid til ethylen markerer et betydeligt fremskridt i dekarboniseringen af ​​den kemiske sektor."

Flere oplysninger: Zhengyuan Li et al., der leder CO₂ elektroreduktionsveje for selektiv C₂ produktdannelse ved hjælp af single-site doterede kobberkatalysatorer, Nature Chemical Engineering (2024). DOI:10.1038/s44286-023-00018-w

Journaloplysninger: Nature Chemical Engineering

Leveret af University of Cincinnati