Een team van onderzoekers onder leiding van Meenesh Singh van de University of Illinois Chicago heeft een manier ontdekt om 100% van de koolstofdioxide die wordt opgevangen uit industriële uitlaatgassen om te zetten in ethyleen, een belangrijke bouwsteen voor plastic producten.

Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Cell Reports Physical Science .

Terwijl onderzoekers al meer dan een decennium de mogelijkheid onderzoeken om koolstofdioxide om te zetten in ethyleen, is de aanpak van het UIC-team de eerste die bijna 100% gebruik van koolstofdioxide voor de productie van koolwaterstoffen bereikt. Hun systeem maakt gebruik van elektrolyse om opgevangen kooldioxidegas om te zetten in ethyleen met een hoge zuiverheid, met andere op koolstof gebaseerde brandstoffen en zuurstof als bijproducten.

Het proces kan tot 6 ton koolstofdioxide omzetten in 1 ton ethyleen, waarbij bijna alle opgevangen koolstofdioxide wordt gerecycled. Omdat het systeem op elektriciteit draait, kan het gebruik van hernieuwbare energie het proces CO2-negatief maken.

Volgens Singh overtreft de aanpak van zijn team het netto-nul-koolstofdoel van andere technologieën voor het opvangen en omzetten van koolstof door de totale CO2-uitstoot van de industrie daadwerkelijk te verminderen. "Het is een netto negatief," zei hij. "Voor elke geproduceerde 1 ton ethyleen, neem je 6 ton CO₂ uit puntbronnen die anders in de atmosfeer terecht zouden komen."

Eerdere pogingen om koolstofdioxide om te zetten in ethyleen waren gebaseerd op reactoren die ethyleen produceren in de bronstroom voor kooldioxide-emissie. In deze gevallen slechts 10% CO₂ emissies worden doorgaans omgezet in ethyleen. Het etheen moet later van de kooldioxide worden gescheiden in een energie-intensief proces waarbij vaak fossiele brandstoffen worden gebruikt.

In de benadering van UIC wordt een elektrische stroom door een cel geleid, waarvan de helft gevuld is met opgevangen koolstofdioxide, de andere helft met een oplossing op waterbasis. Een geëlektrificeerde katalysator trekt geladen waterstofatomen van de watermoleculen naar de andere helft van de eenheid, gescheiden door een membraan, waar ze worden gecombineerd met geladen koolstofatomen van de koolstofdioxidemoleculen om ethyleen te vormen.

Van de wereldwijd geproduceerde chemicaliën staat ethyleen op de derde plaats voor koolstofemissies, na ammoniak en cement. Ethyleen wordt niet alleen gebruikt om plastic producten te maken voor de verpakkings-, landbouw- en auto-industrie, maar ook om chemicaliën te produceren die worden gebruikt in antivries, medische sterilisatoren en vinylbeplating voor huizen.

Ethyleen wordt meestal gemaakt in een proces dat stoomkraken wordt genoemd en dat enorme hoeveelheden warmte vereist. Kraken genereert ongeveer 1,5 ton koolstofemissies per ton geproduceerd ethyleen. Gemiddeld produceren fabrikanten jaarlijks ongeveer 160 miljoen ton ethyleen, wat resulteert in meer dan 260 miljoen ton CO2-uitstoot wereldwijd.

Naast ethyleen waren de UIC-wetenschappers in staat om andere koolstofrijke producten te produceren die nuttig zijn voor de industrie met hun elektrolyse-aanpak. Ze bereikten ook een zeer hoge conversie-efficiëntie van zonne-energie, waarbij 10% van de energie van de zonnepanelen rechtstreeks werd omgezet in de output van koolstofproducten. Dit is ruim boven de state-of-the-art norm van 2%. Voor al het ethyleen dat ze produceerden, was de conversie-efficiëntie van zonne-energie ongeveer 4%, ongeveer hetzelfde tempo als fotosynthese. + Verder verkennen

Conversieproces zet koolstofdioxide om in geld