„`
Zagrożenie, jakie stanowi globalne ocieplenie, dalej istnieje dla społeczeństwa ludzkiego i systemów ekologicznych, a dwutlenek węgla odpowiada za największy odsetek gazów cieplarnianych, które dominują w ocieplaniu klimatu.
W celu zwalczania zmian klimatycznych i dążenia do osiągnięcia neutralności węglowej, badacze z Politechniki Hongkońskiej opracowali trwały, bardzo selektywny i energooszczędny system elektroredukcji dwutlenku węgla (CO2), który przekształca CO2 w etylen do celów przemysłowych, zapewniając skuteczne rozwiązanie dla redukcji emisji CO2.
Badania zostały opublikowane w Nature Energy i zdobyły Złoty Medal na 48. Międzynarodowej Wystawie Wynalazków w Genewie w Szwajcarii.
Etylen (C2H4) jest jednym z najbardziej pożądanych chemicznych związków na świecie i jest głównie wykorzystywany do produkcji takich polimerów, jak polietylen, który z kolei może być używany do tworzenia tworzyw sztucznych i włókien chemicznych powszechnie stosowanych w codziennym życiu. Jednak wciąż jest głównie pozyskiwany z źródeł petrochemicznych, a proces produkcji wiąże się z dużym śladem węglowym.
Pod kierownictwem prof. Daniela Lau, profesora nanomateriałów i kierownika Wydziału Fizyki Stosowanej, zespół badawczy przyjął metodę elektrokatalizy redukcji CO2 – używając zielonej energii elektrycznej do przekształcenia dwutlenku węgla w etylen, co stanowi bardziej ekologiczną alternatywę i stabilną produkcję etylenu.
Zespół badawczy pracuje nad promowaniem tej nowej technologii, aby przybliżyć ją do masowej produkcji, zamknąć obieg węgla i w końcu osiągnąć neutralność węglową.
Innowacją prof. Lau jest zrezygnowanie z elektrolitu alkalicznego na rzecz czystej wody jako anolitu bez metali, aby zapobiec powstawaniu węglanów i odkładaniu się soli. Zespół badawczy nazwał swoje rozwiązanie systemem APMA, gdzie A oznacza membranę anionową (AEM), P oznacza membranę protonową (PEM), a MA oznacza powstały układ membranowy.
Po skonstruowaniu stosu ogniw bezalkalicznych zawierającego APMA i elektrokatalizator miedzi uzyskano etylen o wysokiej wydajności wynoszącej 50%. System był również w stanie działać przez ponad 1000 godzin przy przemysłowym prądzie 10A – co stanowi znaczące zwiększenie żywotności w porównaniu do istniejących systemów, co oznacza, że system można łatwo rozbudować do skali przemysłowej.
Dalsze testy wykazały, że powstawanie węglanów i soli jest hamowane, a jednocześnie nie ma utraty CO2 ani elektrolitu. Jest to istotne, ponieważ poprzednie ogniwa, które używały błon bipolarnych zamiast APMA, cierpiały z powodu utraty elektrolitu z powodu dyfuzji jonów alkalicznych z anolitu. Również minimalizowane było powstawanie wodoru, które konkurowało z etylenem – problem, który dotyczył wcześniejszych systemów stosujących kwasowe środowiska katodowe.
Inną ważną cechą procesu jest zastosowany elektrokatalizator. Miedź jest używana do katalizowania szeregu reakcji w przemyśle chemicznym. Jednak konkretny katalizator używany przez zespół badawczy wykorzystuje pewne charakterystyczne cechy.
Miliony kulistej miedzi na nano skali miały bogate powierzchnie z uskokami, defektami struktury krystalicznej i granicami ziaren. Te „defekty” w stosunku do idealnej struktury metalu tworzyły korzystne środowisko do przeprowadzenia reakcji.
Prof. Lau powiedział: „Będziemy dążyć do dalszych udoskonaleń w celu poprawy selektywności produktu oraz poszukiwania możliwości współpracy z przemysłem. Jasne jest, że ten design komórki APMA stanowi podstawę dla przejścia na zieloną produkcję etylenu i innych wartościowych substancji chemicznych oraz może przyczynić się do redukcji emisji dwutlenku węgla i realizacji celu neutralności węglowej.”
„`
FAQ section:
Q: Jakie zagrożenie globalne stanowi ocieplenie klimatu?
A: Globalne ocieplenie stanowi zagrożenie dla społeczeństwa ludzkiego i systemów ekologicznych, powodując zmiany klimatyczne.
Q: Jakie są najważniejsze gazy cieplarniane odpowiedzialne za ocieplenie klimatu?
A: Największy odsetek gazów cieplarnianych, które dominują w ocieplaniu klimatu, jest przypisywany dwutlenkowi węgla (CO2).
Q: Jakie rozwiązanie zostało opracowane do redukcji emisji CO2?
A: Badacze z Politechniki Hongkońskiej opracowali trwały, bardzo selektywny i energooszczędny system elektroredukcji dwutlenku węgla (CO2), który przekształca CO2 w etylen do celów przemysłowych.
Q: Jakie są główne zastosowania etylenu?
A: Etylen jest głównie wykorzystywany do produkcji polimerów, takich jak polietylen, stosowanych do tworzenia tworzyw sztucznych i włókien chemicznych.
Q: Jakie metody pozyskiwania etylenu są obecnie stosowane?
A: Etylen głównie pozyskiwany jest z źródeł petrochemicznych, co wiąże się z dużym śladem węglowym.
Q: Jak działa opracowany system elektroredukcji CO2?
A: System elektroredukcji CO2 korzysta z zielonej energii elektrycznej do przekształcania dwutlenku węgla w etylen, zapewniając bardziej ekologiczną alternatywę i stabilną produkcję etylenu.
Q: Jak nazywa się rozwiązanie opracowane przez zespół badawczy?
A: Rozwiązanie opracowane przez zespół badawczy nosi nazwę systemu APMA, gdzie A oznacza membranę anionową (AEM), P to membrana protonowa (PEM), a MA to powstały układ membranowy.
Q: Jakie zalety posiada opracowany system elektroredukcji CO2?
A: System elektroredukcji CO2 jest trwały, bardzo selektywny, energooszczędny, a także możliwy do rozbudowy do skali przemysłowej.
Definitions:
– Globalne ocieplenie: Zjawisko polegające na wzroście średniej temperatury Ziemi, będące skutkiem wzrostu stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze.
– Gaz cieplarniany: Gaz atmosferyczny, który pochłania i emituje promieniowanie cieplne, przyczyniając się do efektu cieplarnianego i ocieplenia klimatu.
– Neutralność węglowa: Stan, w którym emisje gazów cieplarnianych są równoważone przez ich usuwanie z atmosfery lub redukcję emisji do zera.
– Elektroredukcja: Proces chemiczny, w którym substancja redukująca (w tym przypadku zielona energia elektryczna) jest wykorzystywana do redukcji innej substancji (np. dwutlenku węgla) w celu uzyskania pożądanych produktów (np. etylenu).
– Etylen: Chemiczny związek z grupy węglowodorów niearomatycznych, który jest głównie wykorzystywany do produkcji polimerów, takich jak polietylen.
Suggested related links:
– Politechnika Hongkońska
– Nature Energy
– HKUST scientists develop greener, sustainable way to produce polymers from CO2
The source of the article is from the blog guambia.com.uy