Den Carbon Footprint eines weit verbreiteten chemischen schrumpfen

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Fast jeder lebt auf dem Planeten hat aus getrunken, setzte sich auf, getragen, gewaschen mit oder in etwas aus Ethylenoxid hergestellt Gefahren. Und zwar deshalb, weil alle möglichen Haushaltsgegenstände aus dieser essentieller Baustein, einschließlich Kunststoff Soda-Flaschen, Polyesterfasern, Reinigungsmittel und Frostschutzmittel hergestellt werden. Ethylenoxid oder EO kurz, hat einen riesigen Markt – eine satte $30-Milliarden-pro-Jahr-Markt – das zeigt keine Anzeichen von abklingen.

Im Laufe der Jahre haben sich die Methoden zur Herstellung von EO signifikant verbessert. Doch die aktuellen Verfahren zur Herstellung von EO stellt etwa 3,4 Millionen Tonnen Kohlendioxid pro Jahr, mehr als die meisten anderen hergestellten Chemikalien und ungefähr die gleiche Emissionen verursacht von 900.000 Autos jährlich.

Im Jahr 2007 schlossen sich Daryle Busch von der University of Kansas (KU)-Zentrum für ökologisch vorteilhafte Katalyse (Kodex) mit dem Kodex Regisseur Bala Subramaniam, einen grüneren Ethylen Oxid Prozess, mit Hilfe von Postdoc Hyun-Jin Lee und Chemieingenieurwesen PhD graduate Madhav Ghanta zu entwerfen. "Wir wussten, dass es nicht einfach, das Nebenprodukt Kohlendioxid zu beseitigen sein wollte", sagte Busch, ein angesehener Professor emeritus für Chemie an der KU. "Aber es war eine Gelegenheit, einen enormen Unterschied machen."

Kein Brennen

Das Forschungsteam entwickelt einen revolutionären neuen Weg, EO mit Hilfe von Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel statt der üblichen Sauerstoffgas zu machen.

Es ist keine Überraschung, das Mischen von Sauerstoffgas mit entzündlich Ethylen bei hohen Temperaturen zu unerwünschten brennen und sogar eine Explosionsgefahr führen könnte. Dies ist jedoch, wie EO derzeit hergestellt wird.

Im Gegensatz dazu löst die neue Mitarbei-Technologie Ethylen in einem flüssigen Gemisch aus Methanol, Wasserstoff-Peroxid und einem Katalysator bei in der Nähe von Umgebungstemperaturen. Diese Methode ist effizienter. Es eliminiert vollständig die Verbrennung von Ethylen und EO, die in der Regel im konventionellen Prozess auftritt. Kein Brennen bedeutet keine CO2-Nebenprodukt.

"Unsere neue Technologie hat das Potenzial, $ 2 Milliarden Wert von Chemikalien zu speichern, gehen oben in Rauch jedes Jahr", sagte Subramaniam.

Das Team benötigt auch einem Katalysator, der Transfer helfen könnte ein Sauerstoffatom aus Wasserstoffperoxid zu Ethylen. Überraschenderweise fanden sie, dass Methyl-Trioxorhenium, die seit Jahren in anderen Anwendungen erforscht hatte, den Job erledigen kann. Es funktioniert so gut, dass mehr als 99 Prozent der Ethylen-Moleküle in EO konvertiert werden, ohne Zersetzung von Wasserstoffperoxid.

Im Jahr 2010 der amerikanischen chemischen Gesellschaft grün Chemie Institut anerkannt Roman Ethylen Oxid Prozess durch die Vergabe von Ghanta eins von zwei Kenneth G. Hancock Memorial Student Awards.

Wie viel kostet es?

Die patentierte Technologie bietet eine sauberere alternative Verfahren zur Herstellung von eines essenzielles gut chemische. Jedoch dieser grüner Ansatz muss teurer, nicht wahr? Nicht unbedingt.

"Wir früher State-of-the-Art-Tools zur Schätzung der Kosten des neuen Prozesses und festgestellt, dass die Wirtschaft auf Augenhöhe mit dem herkömmlichen Verfahren", sagte Subramaniam.

Mit Mitteln aus der National Science Foundation beschleunigt Innovation Research Programm, sucht Subramaniam Team nun nach Wegen, um die Herstellungskosten der neuen Technologie weiter zu reduzieren. Sie können Kosten um rund 17 Prozent zu senken, wenn sie drei Barrieren überwinden können. Erstens müssen sie nachweisen, dass sie selektiv Ethylen aus billiger gemischte Ethylen/Ethan Einsatzstoff oxidieren können. Wenn ja, könnten sie etwa 10 Prozent der Kosten sparen, durch den Wegfall der Notwendigkeit für gereinigte Ethylen. Sie schätzen auch 5 Prozent Einsparung durch die Verbesserung der Peroxid Effizienz und 2 Prozent Einsparungen von der Suche nach preiswerter, haltbarer Katalysator.

"Diese Fortschritte wahrscheinlich unsere neuartige Technologie sehr attraktiv für Unternehmen der chemischen Industrie, vor allem die Unternehmen in den USA auf der Suche nach reichlich Erdgas Rohstoffe zu nutzen machen werden", sagte Subramaniam.

Während die Forscher ursprünglich EO gezielt um seinen super-sized Kohlenstoff-Fußabdruck zu verkleinern, sieht es aus als ob ihre neue Technologie auch wirtschaftliche Vorteile bieten könnte.

Anmerkung der Redaktion: Die Forscher in Behind the Scenes Artikel dargestellt wurden unterstützt durch die National Science Foundation, der Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Siehe die hinter den Kulissen Archiv.