Problem emisji dwutlenku węgla do atmosfery od lat spędza sen z powiek naukowcom. Wydaje się jednak, że ostatnie odkrycie może znacząco przyczynić się do zredukowania emisji tego gazu cieplarnianego. Jest ono ekologiczne i pozwala jednocześnie na produkcję innego istotnego z punktu widzenia przemysłu składnika – etylenu.
Zespół naukowców z University of Illinois w Chicago (UIC) znalazł sposób na przekształcenie dwutlenku węgla wychwyconego ze spalin przemysłowych w etylen. Ta potencjalnie przełomowa metoda pozwala zredukować CO2 i jednocześnie pozyskać kluczowy element budulcowy produktów z tworzyw sztucznych. Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Cell Reports Physical Science” (DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.101053).
Dotychczasowe próby konwersji CO2 w etylen
Opracowana przez amerykańskich naukowców metoda nie tylko pozwala na zredukowanie emisji, ale także na jednoczesną produkcję czegoś, co z powodzeniem można później wykorzystać w innych procesach przemysłowych. Metoda ta zakłada konwersję emitowanego przez zakłady przemysłowe dwutlenku węgla na etylen, który z kolei jest wykorzystywany chociażby do produkcji plastiku.
Próby w tym zakresie podejmowane były już od ponad dekady. Dotychczas do tego celu wykorzystywane były specjalne reaktory, które wytwarzały etylen z dwutlenku węgla. Jednakże ich wydajność wynosiła zaledwie 10 proc. Co więcej, otrzymany w ten sposób etylen musiał zostać odseparowany od dwutlenku węgla, co było procesem niezwykle energochłonnym. Co gorsza, aby go w ogóle przeprowadzić, konieczne było wykorzystanie innych paliw kopalnych, co czyniło całą operację jeszcze mniej ekologiczną.
Nowatorska, niemal w pełni ekologiczna metoda
Tym, co szczególnie przemawia za sposobem konwersji zaproponowanym przez wspomnianych badaczy jest fakt, że można w ten sposób zutylizować niemalże 100 proc. emitowanego przez zakłady przemysłowe dwutlenku węgla. Sama konwersja odbywa się przy wykorzystaniu elektrolizy. Wszystko odbywa się w elektrolizerze, przez który przechodzi prąd i w którego jednej połowie znajduje się dwutlenek węgla, natomiast w drugiej roztwór na bazie wody. W trakcie tego procesu katalizator przyciąga atomy wodoru z wody do drugiej części zbiornika, oddzielonej membraną, gdzie te z kolei łączą się z naładowanymi atomami węgla z dwutlenku węgla. W ten sposób otrzymujemy etylen.
Oprócz etylenu o wysokim stopniu czystości jako produkty uboczne powstają inne paliwa oparte na węglu, również istotne ze względu na ich możliwe przemysłowe zastosowanie oraz tlen. W ten sposób z 6 metrów sześciennych dwutlenku węgla można uzyskać około 1 metra sześciennego etylenu. Sam proces oczywiście wymaga energii elektrycznej. Natomiast jeżeli przy wykorzystaniu tej metody dodatkowo zastosowalibyśmy prąd uzyskany ze źródeł odnawialnych, cała operacja byłaby bezemisyjna. Do tego też dążą naukowcy z UIC. W eksperymentach wykorzystano do tego energię elektryczną pochodzącą z paneli słonecznych.
Trzeba też podkreślić, że przemysłowe metody produkcji etylenu znajdują się niezwykle wysoko w rankingu emisyjności, zaraz po produkcji amoniaku i cementu. W tych procesach na całym świecie w ciągu roku wytwarzanych jest około 160 milionów ton etylenu, przy jednoczesnej emisji dwutlenku węgla na poziomie aż 260 milionów ton. A zatem wykorzystując zaproponowane przez naukowców z UIC rozwiązanie nie tylko usuwamy dwutlenek węgla pochodzący z innych procesów przemysłowych, ale także zapobiegamy powstawaniu tego gazu w efekcie produkcji etylenu tradycyjnymi metodami.
Źródło: University of Illinois at Chicago, fot. Meenesh Singh