Globalno zagrevanje nastavlja da predstavlja pretnju ljudskom društvu i ekološkim sistemima, a ugljen-dioksid čini najveći deo gasova staklene bašte koji dominiraju klimatskim zagrevanjem.
Da bi se borili protiv klimatskih promena i krenuli ka cilju neutralnosti ugljenika, istraživači sa Politehničkog univerziteta u Hong Kongu (PoliU) razvili su izdržljiv, visoko selektivan i energetski efikasan sistem za elektroredukciju ugljen-dioksida (CO2) koji može pretvoriti CO2 u etilen za industrijske svrhe da obezbedi efikasno rešenje za smanjenje emisije CO2.
Istraživanje je objavljeno u Nature Energi i osvojilo je zlatnu medalju na 48. Međunarodnoj izložbi izuma u Ženevi u Švajcarskoj.
Etilen (C2H4) je jedna od najtraženijih hemikalija na globalnom nivou i uglavnom se koristi u proizvodnji polimera kao što je polietilen, koji se, zauzvrat, može koristiti za proizvodnju plastike i hemijskih vlakana koja se obično koriste u svakodnevnom životu. Međutim, i dalje se uglavnom dobija iz petrohemijskih izvora i proizvodni proces uključuje stvaranje veoma značajnog ugljičnog otiska.
Predvođen prof. Danielom Lauom, profesorom nanomaterijala i šefom Odseka za primenjenu fiziku, istraživački tim je usvojio metodu elektrokatalitičke redukcije CO2 — koristeći zelenu struju za pretvaranje ugljen-dioksida u etilen, pružajući ekološki prihvatljiviju alternativu i stabilna proizvodnja etilena.
Istraživački tim radi na promociji ove nove tehnologije kako bi je približio masovnoj proizvodnji, zatvarajući ugljeničnu petlju i na kraju postižući neutralnost ugljenika.
Inovacija prof. Laua je da se oslobodi elektrolita alkalnog metala i koristi čista voda kao anolit bez metala da bi se sprečilo stvaranje karbonata i taloženje soli. Istraživački tim svoj dizajn naziva APMA sistemom, gde A označava membranu za izmenu anjona (AEM), P predstavlja membranu za izmenu protona (PEM), a MA označava rezultujući sklop membrane.
Kada je napravljena ćelija bez alkalnih metala koja sadrži APMA i bakarni elektrokatalizator, proizvela je etilen sa visokom specifičnošću od 50%. Takođe je bio u stanju da radi preko 1.000 sati na industrijskoj struji od 10 A – što je veoma značajno povećanje životnog veka u odnosu na postojeće sisteme, što znači da se sistem može lako proširiti na industrijsku skalu.
Dalja ispitivanja su pokazala da je formiranje karbonata i soli potisnuto, a da nema gubitka CO2 ili elektrolita. Ovo je ključno, pošto su prethodne ćelije koje su koristile bipolarne membrane umesto APMA pretrpele gubitak elektrolita usled difuzije jona alkalnih metala iz anolita. Formiranje vodonika u konkurenciji sa etilenom, još jedan problem koji je uticao na ranije sisteme koji su koristili kiselu katodnu sredinu, takođe je svedeno na minimum.
Još jedna ključna karakteristika procesa je specijalizovani elektrokatalizator. Bakar se koristi za katalizu širokog spektra reakcija u hemijskoj industriji. Međutim, specifični katalizator koji je koristio istraživački tim iskoristio je neke karakteristične karakteristike.
Milioni bakarnih sfera nano-razmera imali su površine bogate teksture, sa stepenicama, greškama u slaganju i granicama zrna. Ovi „defekti“ – u odnosu na idealnu metalnu strukturu – obezbedili su povoljno okruženje za nastavak reakcije.
Profesor Lau je rekao: „Radićemo na daljim poboljšanjima kako bismo poboljšali selektivnost proizvoda i tražili mogućnosti za saradnju sa industrijom. Jasno je da ovaj dizajn APMA ćelija podržava prelazak na zelenu proizvodnju etilena i drugih vrednih hemikalija i može doprineti smanjenje emisije ugljenika i postizanje cilja neutralnosti ugljenika“.
