اكتشاف مذهل في تحويل احتجاز الكربون لإنتاج الإيثيلين

اكتشف فريق من الباحثين بقيادة مينش سينغ في جامعة إلينوي بشيكاغو طريقة لتحويل 100٪ من ثاني أكسيد الكربون الملتقط من العادم الصناعي إلى إيثيلين ، وهو لبنة أساسية في المنتجات البلاستيكية.

تم نشر النتائج التي توصلوا إليها في تقارير الخلية العلوم الفيزيائية.

بينما كان الباحثون يستكشفون إمكانية التحويل ثاني أكسيد الكربون إلى الإيثيلين لأكثر من عقد من الزمان ، كان نهج فريق UIC هو أول من حقق استخدامًا بنسبة 100 ٪ تقريبًا لثاني أكسيد الكربون لإنتاج الهيدروكربونات. يستخدم نظامهم التحليل الكهربائي لتحويل الالتقاط غاز ثاني أكسيد الكربون إلى إيثيلين عالي النقاء ، مع أنواع وقود كربونية أخرى وأكسجين كمنتجات ثانوية.

يمكن لهذه العملية تحويل ما يصل إلى 6 أطنان مترية من ثاني أكسيد الكربون إلى 1 طن متري من الإيثيلين ، وإعادة تدوير كل ثاني أكسيد الكربون الملتقط تقريبًا. نظرًا لأن النظام يعمل بالكهرباء ، فإن استخدام الطاقة المتجددة يمكن أن يجعل العملية سلبية الكربون.

وفقًا لسينغ ، فإن نهج فريقه يتجاوز هدف صافي انبعاثات الكربون لتقنيات التقاط الكربون وتحويله الأخرى من خلال تقليل إجمالي ناتج ثاني أكسيد الكربون من الصناعة فعليًا. وقال “إنها صافي سلبية”. “مقابل كل طن من الإيثيلين يتم إنتاجه ، فإنك تأخذ 6 أطنان من ثاني أكسيد الكربون₂ من مصادر محددة والتي لولا ذلك سيتم إطلاقها في الغلاف الجوي “.

اعتمدت المحاولات السابقة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى إيثيلين على مفاعلات تنتج الإيثيلين ضمن تيار انبعاث ثاني أكسيد الكربون المصدر. في هذه الحالات ، أقل من 10٪ من ثاني أكسيد الكربون₂ تتحول الانبعاثات بشكل نمطي إلى إيثيلين. يجب فيما بعد فصل الإيثيلين عن ثاني أكسيد الكربون في عملية كثيفة الطاقة غالبًا ما تشتمل على الوقود الأحفوري.

في نهج UIC ، فإن ملف التيار الكهربائي يمر عبر خلية ، نصفها مملوء بثاني أكسيد الكربون الملتقط ، والنصف الآخر بمحلول مائي. المحفز المكهرب يسحب مشحونة ذرات الهيدروجين من جزيئات الماء في النصف الآخر من الوحدة مفصولة بغشاء ، حيث تتحد مع الشحنة ذرات الكربون من جزيئات ثاني أكسيد الكربون لتكوين الإيثيلين.

من بين المواد الكيميائية المصنعة في جميع أنحاء العالم ، يحتل الإيثيلين المرتبة الثالثة في انبعاثات الكربون بعد الأمونيا والأسمنت. يستخدم الإيثيلين ليس فقط في الإنشاء المنتجات البلاستيكية للتعبئة والتغليف والصناعات الزراعية والسيارات ، ولكن أيضًا لإنتاج المواد الكيميائية المستخدمة في مضاد التجمد والمعقمات الطبية وانحياز الفينيل للمنازل.

يُصنع الإيثيلين عادةً في عملية تسمى التكسير بالبخار والتي تتطلب كميات هائلة من الحرارة. يولد التكسير حوالي 1.5 طن متري من انبعاثات الكربون لكل طن من الإيثيلين الناتج. في المتوسط ​​، ينتج المصنعون حوالي 160 مليون طن من الإيثيلين كل عام ، مما ينتج عنه أكثر من 260 مليون طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء العالم.

بالإضافة إلى الإيثيلين ، تمكن علماء UIC من إنتاج منتجات أخرى غنية بالكربون مفيدة للصناعة من خلال نهج التحليل الكهربائي. لقد حققوا أيضًا كفاءة عالية جدًا في تحويل الطاقة الشمسية ، حيث قاموا بتحويل 10 ٪ من الطاقة من الألواح الشمسية مباشرة إلى إنتاج منتج الكربون. هذا أعلى بكثير من أحدث المعايير البالغة 2٪. بالنسبة لجميع الإيثيلين الذي تم إنتاجه ، كانت كفاءة تحويل الطاقة الشمسية حوالي 4٪ ، وهو نفس معدل التمثيل الضوئي تقريبًا.