Ученые из Сингапура разработали устройство искусственного фотосинтеза для производства экологически чистого этилена при помощи.
Команда ученых из Национального университета Сингапура (NUS) разработала прототип устройства, которое имитирует естественный фотосинтез для производства этиленового газа. Весь процесс происходит с использованием только трех компонентов: солнечного света, воды и углекислого газа.
Этилен, который является важным химическим сырьем для производства полиэтилена, производится в больших количествах для создания пластмасс, резины и синтетических волокон.
Более 170 миллионов тонн этилена было произведено во всем мире только в 2015 году, и к 2020 году ожидается, что мировой спрос превысит 220 миллионов тонн.
В настоящее время промышленное производство этилена основывается на паровом крекинге ископаемых видов топлива при температуре от 750 до 950°C, что расходует огромное количество энергии и создает нагрузку на природные топливные ресурсы.
Метод парового крекинга также оставляет значительный углеродный след, выделяя около двух тонн двуокиси углерода на каждую тонну произведенного этилена. Таким образом, растет спрос на более чистый и более устойчивый способ производства этилена.
В поисках более экологичного метода, группа исследователей во главе с доцентом Джейсоном Йео Бун Сиангом из Химического факультета Научного факультета NUS и Института исследований солнечной энергии Сингапура применила возобновляемые источники энергии для производства этилена.
Еще в 2015 году команда разработала медный катализатор, который мог бы генерировать этилен из воды и углекислого газа при подаче электричества.
Этот медный катализатор затем вводили в систему искусственного фотосинтеза для превращения диоксида углерода и воды в этилен, используя только солнечную энергию. Прототипное устройство, предназначенное для осуществления реакции, достигало 30% фарадеевской эффективности этилена, что относится к эффективности переноса электронов в системе, способствующей электрохимической реакции.
Общая энергетическая эффективность «солнечного» этилена также сопоставима с уровнем энергоэффективности естественного фотосинтеза растений.
— Улавливание углерода является ключевым шагом в борьбе с изменением климата, вызванного людьми.
Наблюдается устойчивое увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, поскольку темпы выбросов углекислого газа превышают поглощение углекислого газа. Это считается одной из основных причин глобального потепления, что приводит к нежелательным изменениям окружающей среды. Наше устройство не только использует полностью возобновляемый источник энергии, но также превращает углекислый газ, парниковый газ во что-то полезное. Это может потенциально закрыть цикл углерода, — сказал Йео.
Команда также добавила батарею в прототип устройства для достижения стабильного и непрерывного производства этилена. Аккумулятор накапливает избыточную солнечную энергию, собранную за день, чтобы устройство могло работать ночью или при плохой освещенности, гарантируя, что производство не будет прерываться.
Данное изобретение может стать новой вехой в реализации масштабируемой системы искусственного фотосинтеза для чистого и устойчивого производства важных органических молекул, таких как этилен.
Команда продолжит работу над своим устройством, чтобы увеличить производство этилена, а также будет использовать аналогичные системы для производства жидких топлив, таких как этанол и пропанол.