Byl vyvinut nový proces šetrný k životnímu prostředí pro výrobu propylenoxidu (PO), kritické přísady do každodenních předmětů, jako jsou pohovky, matrace a láhve s vodou. To, co odlišuje tuto inovaci, je její schopnost fungovat bez externích zdrojů energie, jako je elektřina nebo sluneční světlo.
Problém s tradiční výrobou PO
Propylenoxid se vyrábí oxidací propylenu. Historicky se tento proces spoléhal na peroxid vodíku (H2O2), který se obvykle vyrábí antrachinonovým procesem. Tato metoda je problematická, protože do značné míry závisí na fosilních palivech a vytváří značné emise oxidu uhličitého (CO₂), což přispívá ke změně klimatu.
Průlom: vlastní výroba H₂O₂
Výzkumníci vedení profesory Cha Hong Kwakem a Ji-Wook Zhangem z UNIST a profesorem Sung-June Cho z Cheongnamské národní univerzity vytvořili samohybný systém schopný produkovat PO pomocí lokálně generovaného peroxidu vodíku. Funguje to takto:
- Autonomní generování H₂O₂: Systém generuje H₂O₂ prostřednictvím elektrochemické reakce zahrnující kyslík a formaldehyd. Tato reakce je řízena chemickým potenciálem – rozdílem energie mezi reaktanty a produkty – který umožňuje systému fungovat spontánně, bez vnější energie.
- Integrovaná PO syntéza: Generovaná H202 poté reaguje s propylenem v systému a přímo syntetizuje propylenoxid.
- Inovace katalyzátorů: Tým výrazně zlepšil strukturu katalyzátoru, čímž překonal omezení konvenčních zeolitových katalyzátorů (TS-1), které jsou méně účinné v alkalickém prostředí. Toto zlepšení zlepšuje účinnost oxidace propylenu a zvyšuje výtěžek PO.
Výkon a ekonomické výhody
Nový systém prokazuje působivý výkon:
- Vysoký výkon: Za 24 hodin systém vyprodukoval 1 657 mikromolů (µmol) PO na čtvereční centimetr (cm²), což je přibližně osmkrát více než u předchozích zelených výrobních metod na bázi H₂O₂.
- Koprodukce čisté energie: Tento proces může také současně produkovat vodík (H₂), čistý a hodnotný zdroj energie.
- Snížení nákladů: Ekonomická analýza ukazuje, že tento nový systém může snížit výrobní náklady PO přibližně o 8 %, čímž se sníží cena na přibližně 2,168 USD za kilogram – konkurenční výhoda oproti tradičním metodám.
Decentralizovaná a cenově dostupná výroba
Kromě úspory nákladů nabízí systém významné provozní výhody:
- Zjednodušený design: Eliminuje potřebu složitých kroků předúpravy a energeticky náročných zařízení pracujících při vysokých teplotách a tlacích.
- Výroba na místě: Výroba H₂O₂ na místě minimalizuje náklady na přepravu a skladování a logistické potíže.
- Škálovatelnost a flexibilita: Modulární design umožňuje snadnou instalaci systému na různých místech, což usnadňuje maloobjemovou zakázkovou výrobu a usnadňuje přechod z centralizované výroby na distribuovanější systémy.
„Tento modulární proces lze snadno nainstalovat na různá místa, což umožňuje maloobjemovou zakázkovou výrobu a usnadňuje přechod od centralizované velkovýroby k decentralizovaným distribuovaným systémům,“ říká profesor Zhang.
„Tato práce představuje významný krok vpřed při překonávání dlouhodobých omezení zeolitových katalyzátorů a dláždí cestu pro mnohem udržitelnější a ekologičtější chemický průmysl,“ dodává profesor Kwak.
Tato inovace představuje důležitý krok směrem k udržitelnějšímu chemickému průmyslu, který může způsobit revoluci ve způsobu výroby důležitých plastových komponent, díky čemuž je proces efektivnější, hospodárnější a šetrnější k životnímu prostředí. Zdůrazňuje potenciál využití chemického potenciálu k podpoře udržitelných průmyslových procesů.
