Plastik bir iklim sorunudur. Etilen ve karbon monoksit (CO) gibi yaygın plastikler için öncüler yapmak, fosil yakıtları tüketir ve bol miktarda karbondioksit (CO2) açığa çıkarır. Son yıllarda kimyagerler, endüstriyel süreçlerden su ve atık CO2 ile başlayıp bunları plastikler için hammadde haline getirmek için yenilenebilir elektriği kullanarak süreci tersine çevirmeyi amaçlayan elektrokimyasal hücreler adı verilen tezgah üstü reaktörler tasarladılar. Ancak bu yeşil vizyonun pratik bir sorunu var: Hücreler genellikle kendileri yapmak için enerji alan yüksek alkali katkı maddeleri tüketirler.
Berkeley’deki California Üniversitesi’nden bir kimyager olan Peidong Yang, “Bu çok zorlu bir bilimsel problemdi” diyor. Şimdi, ekibi ve ikinci bir grup, alkalinite engelini çözme yolunda ilerlediklerini bildiriyor. Bir ilerleme, problemi tamamen atlatmak için iki elektrokimyasal hücreyi art arda birbirine bağlar ve diğeri, alkali katkı maddeleri tüketmeden istenen bir kimyasalı üretmek için enzim benzeri bir katalizöre dönüşür. Newark, Delaware Üniversitesi’nde bir elektrokimya uzmanı olan Feng Jiao, plastik endüstrisinin CO2 ve yenilenebilir elektrik için fosil yakıtları terk etmek üzere olmadığını, ancak “alan buhar topladığını” söylüyor.
Şirketler şu anda, petroldeki daha büyük hidrokarbonları “kırmak” için basınç altında aşırı ısıtılmış buhar kullanarak berrak, tatlı kokulu bir gaz olan etileni üretiyor. On yıllardır bilenen bu süreç, ton başına yaklaşık 1000 $ ‘a etilen üretme kapasitesine sahip, son derece verimlidir. Ancak üretimi yılda yaklaşık 200 milyon ton CO2 üretiyor, bu da dünyadaki emisyonların% 0,6’sı.
Ters yönde pil gibi çalışan elektrokimyasal hücreler daha çevreci bir alternatif sunar. Kimyasal enerjiyi elektriğe dönüştüren pillerin aksine, elektrokimyasal hücreler elektriği kimyasalları yapan katalizörlere besler.
Her iki tür cihaz da yüklü iyonları taşıyan bir elektrolit ile ayrılmış iki elektrota dayanır. CO2’yi daha değerli kimyasallara dönüştürmek için tasarlanmış elektrokimyasal hücrelerde, çözünmüş gaz ve su katotta reaksiyona girerek etilen ve diğer hidrokarbonları oluşturur. Elektrolit tipik olarak, kimyasal dönüşümlerin daha düşük bir voltajda gerçekleşmesine izin veren ve böylece genel enerji verimliliğini artıran potasyum hidroksit ile güçlendirilir. Ve eklenen elektriğin çoğunun, daha az değerli bir ürün olan hidrojen gazı yerine hidrokarbon oluşturmaya yönlendirilmesine yardımcı olur.
Ancak Stanford Üniversitesi’nde elektrokimyacı olan Matthew Kanan, hidroksitin kendi başına bir enerji cezası taşıdığına dikkat çekiyor. Hidroksit iyonları, katotta CO2 ile reaksiyona girerek karbonat oluşturur ve bu da çözeltiden katı halde çökelir. Sonuç olarak, hidroksit sürekli olarak yenilenmelidir ve hidroksitin kendisi yapmak için enerji harcar, bu da tüm süreci enerji kaybına uğratır.
2019’da Kanan ve meslektaşları kısmi bir çözüm bildirdi. CO2 yerine, karbonat oluşturmak için hidroksit ile reaksiyona girmeyen hücre CO’sunu beslediler. Hücrenin kendisi oldukça etkiliydi: Katalizörlerini besledikleri elektronların yüzde yetmiş beşi faradaik verimlilik (FE) olarak adlandırılan bir ölçü besleme stoğu olarak kullanılabilen basit bir karbon içeren bileşik olan asetat yapmaya gitti. endüstriyel mikroplar. Sorun şu ki, CO2 üretmenin normalde fosil yakıtlar gerektirmesi, programın bazı iklim faydalarını ortadan kaldırıyor.
Şimdi, Toronto Üniversitesi’nde kimyager olan Edward Sargent liderliğindeki bir ekip, bu yaklaşımı bir adım daha ileri götürdü. CO2’yi CO’ya dönüştürmek için yüksek sıcaklıklar kullanan ve yenilenebilir elektrikle çalıştırılabilen katı oksit elektrokimyasal hücre adı verilen ticari olarak temin edilebilen bir cihazla başladılar. CO, katalizörleri asetattan daha yaygın olarak kullanılan bir meta kimyasalı olan etilen üretimini destekleyecek şekilde uyarlanmış başka bir elektrokimyasal hücreye akar. Araştırmacıların geçen hafta Joule’de bildirdiğine göre, ikili reaktör artık hidroksit tüketmiyor ve cihaz tarafından üretilen etilen içinde depolanan enerji için% 65 FE’ye sahip. Jiao, “Bu önemli bir ilerleme,” dedi.
Nature Energy’nin Aralık 2020 sayısında Yang ve meslektaşları, alkalinite sorununu aşmanın çok farklı bir yolunu bildirdi. Alkali bir elektrokimyasal hücrede, CO2’yi böldüğü yerlerde su ve hidroksit iyonlarını dışlamak için katalizörü yeniden tasarladılar. Cihaz, büyük bir enerji kazanımı olan karbonat üretmeden gazı CO2’ye dönüştürebilir. Yang, bu hücrenin henüz bu CO ve hidrojeni sudan etilene ve diğer hidrokarbonlara dönüştürmediğini belirtiyor.
Daha iyi elektrokimyasal hücreler, araştırmayı ilerleten tek güç değil. Rüzgar ve güneş enerjisi üretimi patladıkça, yenilenebilir enerji fiyatları düşüyor. Bu düşük enerji fiyatları, ikili elektrokimyasal hücrelerin toplam enerji verimliliğinin iki katına çıkarılmasının, onları etilen üretimi için standart fosil yakıt yaklaşımı ile maliyet açısından rekabetçi hale getirebileceği anlamına geliyor, Sargent ve meslektaşları, ACS Energy Letters’da Aralık 2020 tarihli bir makalede bildirdi. Kanan, “Bu seçeneği oyuna sokmaya çalışıyoruz” diyor.
Kaynak: https://www.sciencemag.org/news/2021/02/chemists-close-greener-way-make-plastics
Leave a Reply