На сегодняшний день этилен является основой современной химической промышленности. Из него делают пластик, упаковку, текстиль, антифризы и множество других материалов. Ежегодно в мире производится более 300 миллионов тонн этилена, и на каждую тонну приходится тонна выбросов углекислого газа. Традиционный метод производства, который называется «паровой крекинг (пиролиз) нефти», требует высоких температур и больших затрат энергии. Также, как можно заключить из названия, он зависит от ископаемого сырья.
Изображение: Scitechdaily.com
Команда под руководством профессора Теда Сарджента (Ted Sargent) из Северо-Западного университета (Northwestern University, США) предложила альтернативу. Устройство-электролизер работает на возобновляемой электроэнергии и использует смесь, получаемую из пластиковых отходов. Преимущество такого подхода в том, что такая смесь, называемая «синтез-газ», химически ближе к этилену, чем углекислый газ. Это позволяет существенно снизить затраты электроэнергии на производство.
Главная техническая сложность заключалась в конструкции электролизера. Обычно такие устройства используют жидкий электролит (воду с растворенными солями), которая обеспечивает проводимость. Однако для работы с газообразным сырьем этот метод не подходил. Исследователи нашли решение, применив полиакрилат натрия (PANa). Он создает внутри системы среду, имитирующую солевой раствор, но без воды. Это позволяет удерживать положительные ионы, необходимые для стабилизации катализатора, и при этом сохранять эффективность реакции.
Разработка показала на 60% более энергоэффективный результат по сравнению с существующими электрохимическими методами получения этилена из углекислого газа. Устройство также устойчиво работает при нестабильном питании, что является жирным плюсом в случае использования солнечной или энергии ветра.
В планах у разработчиков снизить энергопотребление до уровня классического парового крекинга. Также они хотят подключить искусственный интеллект к поискам более эффективного катализатора. Конечная цель состоит в создании технологии, пригодной для промышленного масштабирования. Работа опубликована в журнале Nature Energy.
