60 % efektyviau: mokslininkai sukūrė metodą, galintį iš esmės pakeisti plastiko gamybą ir taršą

Mokslininkų grupė iš „Weinberg College of Arts and Sciences“ sukūrė elektrolizerį, kuris, naudodamas elektros energiją, iš sintezinių dujų (sindujų) – iš plastiko gauto atliekinių dujų mišinio – gamina etileną. Įrenginyje naudojama nauja medžiaga, veikianti kaip katalizatorius ir leidžianti reakcijai vykti efektyviau, taip sumažinant bendrai reikalingą energijos kiekį.

Ekologiškesnė etileno tiekimo grandinė

„Mūsų tikslas – dekarbonizuoti chemijos pramonę, ir šis darbas yra didelis žingsnis ta kryptimi“, – teigė chemijos profesorius Tedas Sargentas, „Lynn Hopton Davis and Greg Davis Professor of Chemistry“ pareigų eiti.

Naująjį metodą galima derinti su atsinaujinančiais energijos šaltiniais, taip prisidedant prie ekologiškesnės etileno tiekimo grandinės kūrimo.

„Norime sukurti žiedinę sistemą, kuri cheminių medžiagų statybinius blokelius gamintų iš atliekų, nenaudojant iškastinio kuro. Ši sistema yra dalis naujos, atominiu ir energijos požiūriu efektyvios tiekimo grandinės“, – aiškino Šiaurės vakarų universiteto („Northwestern University“) chemijos mokslo darbuotoja Ke Xie.

Mažesnės viso etileno gamybos proceso elektros sąnaudos

Mokslininkų darbas paskelbtas žurnale „Nature Energy“. Tyrėjų komanda nusprendė etileno elektrosintezei naudoti energetiškai turtingesnę žaliavą – sindujas, gaunamas termo–dujifikacijos būdu. Taip siekta sumažinti viso etileno gamybos proceso elektros energijos sąnaudas ir sukurti sistemą, kurios abi pusės maitinamos tik dujomis, išvengiant ėsdinamo šarminio elektrolito.

Tyrėjai nustatė pagrindinį tokios sistemos iššūkį: nesant šarminio anolito, žinomi kietojo kūno elektrolitai buvo neveiksmingi katalizuojant anglies monoksido (CO) virtimą etilenu. Todėl jie ėmė tirti įvairius kandidatus į jonų mainų polimerus (ionomerus) ir vertino jų derinius, siekdami didelės jonų mainų gebos ir optimizuoto katijonų prisijungimo.

Tyrime nurodoma, kad mokslininkai „identifikavo poliakrilatą kaip veiksmingą terpę, leidžiančią kietojo kūno sistemoje, veikiančioje stabiliai daugiau nei 80 valandų ir atlaikančioje 30 įjungimo/išjungimo ciklų naudojant pertraukiamą elektros tiekimą, gaminti C₂H₄ prie 1,2 V įtampos ir 100 mA/cm² srovės tankio (49 GJ elektros vienai C₂H₄ tonai).“

T. Sargento vadovaujama komanda svarstė, ar būtų įmanoma sukurti įrenginį, kuriame iš abiejų reakcijos pusių būtų tiekiamos dujos: iš vienos pusės (katodo) – sindujose esantis anglies monoksidas, iš kitos (anodo) – tų pačių sindujų vandenilis.

„Pirmuosiuose bandymuose mėginome sukurti dujomis iš abiejų pusių maitinamą elektrolizerį, tačiau tai tiesiog neveikė“, – prisiminė Sargentas. „Tuomet supratome, kad mums reikia ne tik vandens – mums reikia ir druskos.“

Naudojama medžiaga, natrio poliakrilatas (PANa), sukuria mikroaplinką, kuri sistemos viduje imituoja skystos druskos vonelę, nors pati sistema išlieka be skysto vandens. Tokia aplinka leidžia reakcijai vykti daug efektyviau – procesas yra daugiau kaip 60 procentų efektyvesnis už iki tol energijos atžvilgiu pažangiausius procesus, kuriais iš anglies dioksido buvo gaminamas etilenas.

„Mūsų kolegė Bosi reikšmingai sumažino reikalingos elektros energijos kiekį, sumažindama įtampą, kurią turime taikyti įrenginiui“, – pažymėjo Sargentas.

Dar vienas privalumas – įrenginys gerai dera su pertraukiamu atsinaujinančių energijos šaltinių pobūdžiu, todėl jis ypač tinkamas naudoti kartu su saulės ar vėjo energija.