Ethyleen, of etheen, is een primaire grondstof voor de chemische industrie, onder meer als uitgangsmateriaal voor de productie van een grote verscheidenheid aan kunststoffen. In het journaal Angewandte Chemie , wetenschappers hebben nu een nieuwe elektrochemische techniek geïntroduceerd voor de selectieve en energie-efficiënte productie van ethyleen uit koolmonoxide, die kan worden verkregen uit hernieuwbare bronnen en afval.

Zowel uit economisch oogpunt als uit milieuoogpunt, de omzetting van koolmonoxide (CO) in ethyleen met energie-efficiënte methoden is een belangrijk proces voor het gebruik van niet-petrochemische grondstoffen. Vandaag, etheen wordt typisch geproduceerd door stoomkraken van nafta afkomstig van aardolieraffinaderijen. In dit proces, langketenige koolwaterstoffen worden bij 800 tot 900 °C in kortere ketens gesplitst. Alternatief, ethyleen kan worden geproduceerd uit synthesegas - een mengsel van CO en waterstof verkregen uit kolenvergassing - hoewel het ook kan worden verkregen uit biogas, hout, en afval als koolstofbronnen.

Het Fischer-Tropsch-proces kan worden gebruikt om synthesegas om te zetten in een mengsel van koolwaterstoffen, inclusief ethyleen. De nadelen van deze methode zijn de energie-intensieve omstandigheden van 200 tot 250 °C, 5 tot 50 bar druk, en het verbruik van waardevolle waterstof. In aanvulling, maximaal 30% van de producten zijn de geprefereerde C2-koolwaterstoffen (ethyleen en ethaan). Vorming van langere ketens kan niet worden voorkomen, het proces om ethyleen af ​​te scheiden is complex, en 30-50% CO ₂ wordt ook geproduceerd, wat een ongewenste uitstoot is en een verspilling van koolstof betekent.

Onderzoekers die samenwerken met Dehui Deng aan de Universiteit van Xiamen en het Dalian Institute of Chemical Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen, hebben nu een nieuwe benadering geïntroduceerd voor een direct elektrokatalytisch proces voor de zeer selectieve productie van ethyleen. Bij deze methode, CO wordt gereduceerd met water bij kamertemperatuur en standaarddruk, met behulp van een koperen katalysator en elektrische stroom.

Door de structuur van hun gasdiffusie-elektrode te optimaliseren, de onderzoekers waren in staat om een ​​ongeëvenaarde Faradaïsche efficiëntie (ladingsoverdrachtsefficiëntie binnen een elektrochemische reactie) van 52,7% te bereiken en ze kraakten de limiet van 30% voor C ₂ selectiviteit. Geen CO ₂ emissie optreedt. Het succes van de aanpak hangt af van een microporeuze laag koolstofvezels met een optimaal afgestemde hydrofobiciteit, die fungeert als een drager voor katalytisch actieve koperdeeltjes, en een geoptimaliseerde kaliumhydroxideconcentratie in de waterige fase. Dit verhoogt de CO-concentratie aan de elektrode en verhoogt de koppeling tussen de koolstofatomen. De bijproducten van deze reactie, ethanol, n-propanol, en azijnzuur, zijn vloeistoffen, waardoor een gemakkelijke scheiding van gasvormig ethyleen mogelijk is.