Эта разработка, возглавляемая доцентом Джейсоном Йео Бун Сян из кафедры химии научного факультета NUS и Сингапурского института исследований солнечной энергии (SERIS), была впервые опубликована в научном журнале ACS Sustainable Chemistry. Инженерное дело.
Проблемы современного производства этиленаЭтилен, который является строительным блоком полиэтилена, является важным химическим сырьем, производимым в больших количествах для производства пластмасс, резины и волокон.
Только в 2015 году во всем мире было произведено более 170 миллионов тонн этилена, а к 2020 году ожидается, что мировой спрос превысит 220 миллионов тонн.В настоящее время в промышленном производстве этилена используется паровой крекинг ископаемого топлива при температуре от 750 ° C до 950 ° C, что потребляет большое количество энергии и создает нагрузку на природные топливные ресурсы. Текущий метод также оставляет значительный углеродный след, выделяя около двух тонн диоксида углерода на каждую тонну произведенного этилена.
Таким образом, растет спрос на более чистый и устойчивый способ производства этилена.Принятие искусственного фотосинтезаПризнавая необходимость более экологичного метода, профессор Йео и его команда использовали возобновляемые источники энергии для производства этилена. Команда впервые разработала медный катализатор в 2015 году, который может генерировать этилен из легко доступной воды и углекислого газа при питании от электричества.
Этот медный катализатор впоследствии был введен в систему искусственного фотосинтеза для преобразования углекислого газа и воды в этилен с использованием только солнечной энергии. Прототип устройства, предназначенный для проведения реакции, достиг 30-процентной фарадеевской эффективности этилена, исходя из количества электронов, генерируемых солнечной энергией.
Общая энергоэффективность преобразования солнечной энергии в этилен также сопоставима с уровнем энергоэффективности естественного фотосинтеза растений.«Улавливание углерода — ключевой шаг в борьбе с изменением климата, вызванным деятельностью человека. Концентрация углекислого газа в атмосфере неуклонно растет, поскольку уровень выбросов углекислого газа превышает уровень улавливания углерода. Это считается одной из основных причин глобального потепления, которое приводит к нежелательным изменениям окружающей среды.
Наше устройство не только использует полностью возобновляемый источник энергии, но также преобразует углекислый газ, парниковый газ, во что-то полезное. Это потенциально может закрыть углеродный цикл », — сказал профессор Йео.Команда также включила батарею в прототип устройства, чтобы обеспечить стабильное и непрерывное производство этилена, что является ключевой задачей в системах искусственного фотосинтеза.
Аккумулятор накапливает избыточную солнечную энергию, собранную днем, для питания устройства в ночное время или при слабом освещении, гарантируя, что работа не прерывается переменным количеством солнечного света в течение дня.Изобретение знаменует собой важную веху в реализации масштабируемой системы искусственного фотосинтеза для чистого и устойчивого производства важных органических молекул, таких как этилен.
Двигаясь вперед, команда продолжит работу над своим устройством для увеличения производства этилена, а также будет использовать аналогичные системы для производства жидкого топлива, такого как этанол и пропанол.