Ingenjörer vid University of Cincinnati har skapat ett mer effektivt sätt att omvandla koldioxid till värdefulla produkter samtidigt som klimatförändringarna hanteras.
I sitt kemitekniska labb vid UC:s College of Engineering and Applied Science fann docent Jingjie Wu och hans team att en modifierad kopparkatalysator förbättrar den elektrokemiska omvandlingen av koldioxid till eten, nyckelingrediensen i plast och en myriad av andra användningsområden.
Eten har kallats "världens viktigaste kemikalie." Det är förvisso bland de vanligaste tillverkade kemikalierna, som används i allt från textilier till frostskyddsmedel till vinyl. Den kemiska industrin genererade 225 miljoner ton eten 2022.
Wu sa att processen lovar en dag att producera eten genom grön energi istället för fossila bränslen. Det har den extra fördelen att det tar bort kol från atmosfären.
"Eten är en central plattformskemikalie globalt, men den konventionella ångkrackningsprocessen för dess produktion avger betydande koldioxid," sa Wu. "Genom att använda koldioxid som råvara snarare än att vara beroende av fossila bränslen kan vi effektivt återvinna koldioxid."
Studien publicerades i Nature Chemical Engineering .
Wus studenter, inklusive huvudförfattaren och UC-utexaminerade Zhengyuan Li, samarbetade med Rice University, Oak Ridge National Laboratory, Brookhaven National Laboratory, Stony Brook University och Arizona State University.
Den elektrokatalytiska omvandlingen av koldioxid ger två primära kolprodukter, eten och etanol. Forskare fann att användningen av en modifierad kopparkatalysator gav mer eten.
"Vår forskning ger viktiga insikter om skillnaden mellan eten och etanol under elektrokemisk CO2 minskning och föreslår ett hållbart tillvägagångssätt för att rikta selektivitet mot eten," sa huvudförfattaren Li.
"Detta leder till en imponerande 50% ökning av etenselektivitet," sa Wu. "Helst sett är målet att producera en enda produkt snarare än flera."
Li sa att nästa steg är att förfina processen för att göra den mer kommersiellt gångbar. Omvandlingssystemet förlorar effektivitet när biprodukter från reaktionen, såsom kaliumhydroxid, börjar bildas på kopparkatalysatorn.
"Elektrodstabiliteten måste förbättras för kommersiellt bruk. Vårt nästa fokus är att förbättra stabiliteten och utöka dess drift från 1 000 till 100 000 timmar", sa Li.
Wu sa att dessa nya tekniker kommer att bidra till att göra den kemiska industrin grönare och mer energieffektiv.
"Det övergripande målet är att minska koldioxidproduktionen genom att använda förnybar el och hållbart råmaterial," sa Wu. "Att elektrifiera omvandlingen av koldioxid till eten markerar ett betydande framsteg i avkolningen av den kemiska sektorn."
Mer information: Zhengyuan Li et al, regisserar CO2 elektroreduktionsvägar för selektiv C2 produktbildning med användning av single-site dopade kopparkatalysatorer, Nature Chemical Engineering (2024). DOI:10.1038/s44286-023-00018-w
Journalinformation: Nature Chemical Engineering
Tillhandahålls av University of Cincinnati
