Naukowcy sprawnie zamienili CO2 w cenny etylen

Grupa badaczy z University of Illinois Chicago, na łamach magazynu "Cell Reports Physical Science" (https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(22)00347-2) przedstawiła nowy sposób na produktywne wykorzystanie dwutlenku węgla (CO2), emitowanego przez zakłady przemysłowe.

Od wielu lat próbowano uzyskać z niego pożądany do wielu celów związek - etylen, ale dopiero teraz udało się znaleźć sposób na przetworzenie w tę substancję niemal 100 procent wychwyconego CO2. Z 6 metrów sześciennych dwutlenku węgla powstaje przy tym ok. 1 metr sześcienny etylenu. We wcześniejszych próbach - podkreślają badacze - udawało się w etylen zamienić jedynie ok. 10 proc. wprowadzanego do procesu dwutlenku węgla, a później produkt trzeba było jeszcze wydobyć, co wiązało się ze zużyciem energii.

Nowa metoda wymaga użycia prądu, więc jest zasadna raczej przy zasilaniu z odnawialnych źródeł energii, ale wtedy jej wykorzystanie prowadzi do ogólnego zmniejszenia ilości CO2. Według autorów tego podejścia, w tym zakresie jest ono bardziej wydajne od większości innych technologii przetwarzania czy gromadzenia dwutlenku węgla. "Bilans CO2 jest ujemny. Na każdą tonę wyprodukowanego etylenu likwidujemy 6 ton dwutlenku węgla, który w innym przypadku byłby uwolniony do atmosfery" - podkreślił autor wynalazku, prof. Meenesh Singh.

W nowej metodzie prąd elektryczny przepuszczany jest przez zbiornik w połowie wypełniony CO2, oddzielonym z pomocą membrany od wodnego roztworu wypełniającego drugą połowę. Odpowiedni katalizator odrywa atomy wodoru z cząsteczek wody, które przechodzą przez membranę do części z dwutlenkiem węgla. Tam łączą się z atomami węgla w CO2, tworząc etylen.

Naukowcy podkreślają, że wśród różnych chemicznych substancji wytwarzanych przez przemysł, produkcja etylenu znajduje się obecnie na trzecim miejscu, jeśli chodzi o towarzyszącą jej emisję CO2. To dlatego, że dotychczasowy sposób produkcji wymaga szczególnie dużych ilości ciepła. Średnio rocznie produkuje się przy tym ok. 160 mln ton etylenu, czemu towarzyszy emisja ponad 260 mln ton dwutlenku węgla - alarmują naukowcy. Więcej CO2 powstaje tylko podczas wytwarzania amoniaku oraz cementu. Zatem w nowej metodzie, oprócz możliwości utylizacji CO2, eliminuje się też jego wytwarzanie, jakie towarzyszy produkcji etylenu w tradycyjnych technologiach.

Jeśli chodzi o bilans energetyczny, to - zasilając system ogniwami słonecznymi - badacze uzyskali w sumie sprawność 4 proc. wykorzystania energii z ogniw do produkcji etylenu. Dotąd wartość ta wahała się w okolicach 2 proc.

Sam etylen wykorzystuje się nie tylko do produkcji jednego z popularnych plastików, ale także substancji stosowanych m.in. w płynach zapobiegających zamarzaniu, środkach do dezynfekcji czy winylowych elewacjach budynków. Naukowcom z Chicago udało się także wyprodukować inne oparte na węglu, cenne dla przemysłu substancje.

Marek Matacz