Ny opdagelse kan skabe brændstof, plastproduktion mere energieffektiv og omkostningseffektiv

Et team af forskere fra University of Minnesota har overvundet en stor forhindring i bestræbelserne på at designe en specialiseret type molekylær sigte, der kunne gøre produktionen af ​​benzin, plast og forskellige kemikalier mere omkostningseffektive og energieffektive. Den banebrydende forskning, ledet af professor i kemiteknik og materialevidenskab Michael Tsapatsis ved universitetets College of Science and Engineering, er offentliggjort i det seneste nummer af tidsskriftet Videnskab .

Efter mere end ti års forskning, holdet udtænkte et middel til at udvikle fritstående, ultratynde zeolit ​​nanoplader, der som tynde film kan fremskynde filtreringsprocessen og kræver mindre energi. Holdet har et foreløbigt patent og håber at kommercialisere teknologien.

"Ud over forskning i nye vedvarende brændstoffer, kemikalier og naturlig plast, vi er også nødt til at se på produktionsprocesserne for disse og andre produkter, vi bruger nu, og forsøge at finde måder at spare energi på, " sagde Tsapatsis.

Adskillelse af blandede stoffer kan kræve betydelige mængder energi - i øjeblikket anslået til at være cirka 15 procent af det samlede energiforbrug - hvoraf en del går til spilde på grund af procesineffektivitet. I dage med rigeligt og billigt brændstof, dette var ikke en væsentlig overvejelse, når man designede industrielle separationsprocesser såsom destillation til rensning af benzin og polymerprækursorer. Men efterhånden som energipriserne stiger, og politikkerne fremmer effektiviteten, behovet for mere energieffektive alternativer er vokset.

En lovende mulighed for mere energieffektive separationer er molekylær separation med høj opløsning med membraner. De er baseret på præferenceadsorption og/eller sigtning af molekyler med små størrelses- og formforskelle. Blandt kandidaterne til selektive separationsmembraner, Zeolitmaterialer (krystaller med porer i molekylstørrelse) viser særligt lovende.

Mens zeolitter er blevet brugt som adsorbenter og katalysatorer i flere årtier, der har været betydelige udfordringer med at forarbejde zeolitiske materialer til udvidede ark, der forbliver intakte. For at muliggøre energibesparende teknologi, videnskabsmænd har brug for at udvikle omkostningseffektive, pålidelige og skalerbare afsætningsmetoder til dannelse af tyndfilm zeolit.

University of Minnesota-teamet brugte lydbølger i en specialiseret centrifugeproces til at udvikle "tæpper" af flagende krystal-type nanoplader, der ikke kun er flade, men har lige den rigtige mængde tykkelse. Det resulterende produkt kan bruges til at adskille molekyler som en sigte eller som en membranbarriere i både forskning og industrielle anvendelser.

"Vi mener, at denne opdagelse lover meget i kommercielle applikationer, " sagde Kumar Varoon, en University of Minnesota kemiteknik og materialevidenskab Ph.D. kandidat og en af ​​de primære forfattere af papiret offentliggjort i Science. "Dette materiale har god dækning og er meget tyndt. Det kan reducere produktionsomkostningerne i raffinaderier betydeligt og spare energi."