Fossiele brandstoffen zijn lange tijd de voorloper geweest van plastic, maar nieuw onderzoek van de Universiteit van Nebraska-Lincoln en Europese medewerkers zou kunnen helpen dat tijdperk in rook op te laten gaan - koolstofdioxide, Om precies te zijn.

Vrijwel volledig geproduceerd door verbranding van fossiele brandstoffen, kooldioxideconcentraties in de atmosfeer zijn gestegen van 280 deeltjes per miljoen in het pre-industriële tijdperk tot ongeveer 410 PPM vandaag. die tendens, gecombineerd met de eindige voorraad fossiele brandstoffen, heeft onderzoekers ertoe aangezet om methoden te onderzoeken om plastic uit CO . te produceren ₂ in plaats van aardolie of aardgas - CO .-recycling ₂ net zoals plastic nu is.

Nebraska's Vitaly Alexandrov en collega's hebben nu een op katalysatoren gebaseerde techniek gedetailleerd die de hoeveelheid kooldioxide die wordt omgezet in ethyleen kan verdubbelen, een essentieel onderdeel van 's werelds meest voorkomende plastic, polyethyleen.

"De omzetting van CO ₂ is erg belangrijk om de uitstoot te helpen compenseren die leiden tot de opwarming van de aarde en andere schadelijke processen in het milieu, " zei Alexandrov, assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering.

Koper is naar voren gekomen als de belangrijkste kandidaat voor het katalyseren van chemische reacties die koolstofdioxide omzetten in plastic-vormende polymeermoleculen, wat het doet als er spanning op staat. Maar sommige op koper gebaseerde opstellingen zijn er niet in geslaagd meer dan ongeveer 15 procent van de CO . om te zetten ₂ in ethyleen, een opbrengst die te klein is om aan de behoeften van de industrie te voldoen.

Dus besloten onderzoekers van de Swansea University in Wales om koper te coaten met verschillende polymeren in de hoop die efficiëntie te verhogen. Na het te hebben bedekt met een polymeer genaamd polyacrylamide, ze ontdekten dat de conversieratio van hun koperschuim steeg van 13 naar 26 procent.

Alexandrov en postdoctoraal onderzoeker Konstantin Klyukin voerden vervolgens op kwantummechanica gebaseerde simulaties uit door Nebraska's Holland Computing Center om te helpen verklaren waarom polyacrylamide erin slaagde beter te presteren dan zijn polymere neven. Ze ontdekten dat het polyacrylamide CO . afbreekt ₂ en zet het weer in elkaar tot een paar gebonden CO-verbindingen, stabiliseert vervolgens dat nieuwe molecuul terwijl het verdere chemische reacties aanstuurt - die welke uiteindelijk ethyleen produceren.

"CO ₂ is een zeer hardnekkig molecuul omdat het dubbele bindingen heeft die erg moeilijk te verbreken zijn, "Zei Alexandrov. "Dat is het meest uitdagende deel van het proberen om het in iets anders om te zetten. Je wilt niet te veel energie besteden aan het omzetten ervan; anders, het is een afweging die inefficiënt wordt."

Zelfs als onderzoekers die efficiëntie verder willen verbeteren, Alexandrov zei:ze hebben oog voor een groter doel:CO . draaien ₂ rechtstreeks in het polyethyleen waaruit plastic zakken bestaan, containers en films.

"Een van de dingen die experimentatoren willen, is om af te stappen van het synthetiseren van eenvoudige moleculen, zoals ethyleen, tot zeer gecompliceerde moleculen in één batchreactie, "Zei Alexandrov. "Je hebt CO . erin gedaan ₂ katalysatoren, en je krijgt polymeerstructuren die je in een winkel kunt verkopen. Maar die moleculen hebben zeer gecompliceerde structuren. Dit is een eerste stap om te begrijpen hoe we ze kunnen (creëren)."