Ingenieurs van de Universiteit van Cincinnati hebben een efficiëntere manier gecreëerd om kooldioxide om te zetten in waardevolle producten en tegelijkertijd de klimaatverandering aan te pakken.

In zijn laboratorium voor chemische technologie aan het College of Engineering and Applied Science van UC ontdekten universitair hoofddocent Jingjie Wu en zijn team dat een gemodificeerde koperkatalysator de elektrochemische omzetting van kooldioxide in ethyleen verbetert, het belangrijkste ingrediënt in plastic en een groot aantal andere toepassingen.

Ethyleen wordt wel 'de belangrijkste chemische stof ter wereld' genoemd. Het is zeker een van de meest geproduceerde chemicaliën en wordt in alles gebruikt, van textiel tot antivries tot vinyl. De chemische industrie produceerde in 2022 225 miljoen ton ethyleen.

Wu zei dat het proces veelbelovend is voor de productie van ethyleen op een dag door middel van groene energie in plaats van fossiele brandstoffen. Het heeft als bijkomend voordeel dat het koolstof uit de atmosfeer verwijdert.

"Ethyleen is wereldwijd een cruciaal platformchemicaliën, maar het conventionele stoomkraakproces voor de productie ervan stoot aanzienlijke koolstofdioxide uit", zei Wu. "Door koolstofdioxide als grondstof te gebruiken in plaats van afhankelijk te zijn van fossiele brandstoffen, kunnen we koolstofdioxide effectief recyclen."

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Chemical Engineering .

Wu's studenten, waaronder hoofdauteur en UC-afgestudeerde Zhengyuan Li, werkten samen met Rice University, Oak Ridge National Laboratory, Brookhaven National Laboratory, Stony Brook University en Arizona State University.

De elektrokatalytische omzetting van kooldioxide produceert twee primaire koolstofproducten, ethyleen en ethanol. Onderzoekers ontdekten dat het gebruik van een gemodificeerde koperkatalysator meer ethyleen produceerde.

"Ons onderzoek biedt essentiële inzichten in de divergentie tussen ethyleen en ethanol tijdens elektrochemische CO₂ en stelt een haalbare aanpak voor om de selectiviteit op ethyleen te richten", aldus hoofdauteur Li.

"Dit leidt tot een indrukwekkende toename van 50% in de selectiviteit voor ethyleen," zei Wu. "In het ideale geval is het doel om één enkel product te produceren in plaats van meerdere."

Li zei dat de volgende stap het verfijnen van het proces is om het commercieel levensvatbaarder te maken. Het conversiesysteem verliest efficiëntie naarmate bijproducten van de reactie, zoals kaliumhydroxide, zich beginnen te vormen op de koperkatalysator.

"De stabiliteit van de elektrode moet worden verbeterd voor commerciële inzet. Onze volgende focus is het verbeteren van de stabiliteit en het uitbreiden van de werking ervan van 1.000 naar 100.000 uur", aldus Li.

Wu zei dat deze nieuwe technologieën zullen helpen de chemische industrie groener en energie-efficiënter te maken.

"Het overkoepelende doel is om de chemische productie koolstofarm te maken door gebruik te maken van hernieuwbare elektriciteit en duurzame grondstoffen", aldus Wu. "Het elektrificeren van de omzetting van koolstofdioxide in ethyleen betekent een aanzienlijke stap in het koolstofvrij maken van de chemische sector."

Meer informatie: Zhengyuan Li et al., leiding geven aan CO₂ elektroreductieroutes voor selectieve C₂ productvorming met behulp van gedoteerde koperkatalysatoren op één locatie, Nature Chemical Engineering (2024). DOI:10.1038/s44286-023-00018-w

Journaalinformatie: Natuurchemische technologie

Aangeboden door Universiteit van Cincinnati