Було розроблено новий екологічно чистий процес виробництва пропіленоксиду (PO), важливого інгредієнта в повсякденних речах, таких як дивани, матраци та пляшки з водою. Що відрізняє цю інновацію, так це її здатність працювати без зовнішніх джерел енергії, таких як електрика або сонячне світло.
Проблема традиційного виробництва ПО
Пропіленоксид отримують шляхом окислення пропілену. Історично цей процес ґрунтувався на перекисі водню (H₂O₂), який зазвичай вироблявся антрахіноновим процесом. Цей метод є проблематичним, оскільки він значною мірою залежить від викопного палива та створює значні викиди вуглекислого газу (CO₂), що сприяє зміні клімату.
Прорив: власне виробництво H₂O₂
Дослідники на чолі з професорами Ча Хонг Кваком і Джі-Вук Чжаном з UNIST, а також професором Сунг-Джуном Чо з Національного університету Чеоннам створили самохідну систему, здатну виробляти PO за допомогою місцевого перекису водню. Ось як це працює:
- Автономна генерація H₂O₂: Система генерує H₂O₂ за допомогою електрохімічної реакції за участю кисню та формальдегіду. Цією реакцією керує хімічний потенціал — різниця в енергії між реагентами та продуктами, — що дозволяє системі працювати спонтанно, без зовнішньої енергії.
- Інтегрований синтез PO: Утворена H₂O₂ потім реагує з пропіленом у системі, безпосередньо синтезуючи пропіленоксид.
- Інноваційний каталізатор: Команда значно покращила структуру каталізатора, подолавши обмеження звичайних цеолітних каталізаторів (TS-1), які стають менш ефективними в лужному середовищі. Це покращення покращує ефективність окислення пропілену та збільшує вихід PO.
Продуктивність і економічні вигоди
Нова система демонструє вражаючу продуктивність:
- Висока продуктивність: за 24 години система виробила 1657 мікромоль (мкмоль) PO на квадратний сантиметр (см²), що приблизно у вісім разів більше, ніж попередні методи екологічного виробництва на основі H₂O₂.
- Спільне виробництво чистої енергії: Цей процес також може одночасно виробляти водень (H₂), чисте та цінне джерело енергії.
- Зменшення витрат: Економічний аналіз показує, що ця нова система може знизити витрати на виробництво PO приблизно на 8%, знизивши ціну приблизно до 2,168 доларів США за кілограм, що є конкурентною перевагою перед традиційними методами.
Децентралізоване та доступне виробництво
Окрім економії коштів, система пропонує значні експлуатаційні переваги:
- Спрощена конструкція: усуває потребу в складних етапах попередньої обробки та енергоємному обладнанні, що працює при високих температурах і тиску.
- Виробництво на місці: Виробництво H₂O₂ на місці мінімізує витрати на транспортування та зберігання, а також логістичні проблеми.
- Масштабованість і гнучкість: Модульна конструкція дозволяє легко встановлювати систему в різних місцях, полегшуючи невеликі обсяги виробництва на замовлення та полегшуючи перехід від централізованого виробництва до більш розподілених систем.
«Цей модульний процес можна легко встановити в різних місцях, дозволяючи невеликі обсяги виробництва на замовлення та полегшуючи перехід від централізованого великомасштабного виробництва до децентралізованих розподілених систем», — каже професор Чжан.
«Ця робота є значним кроком вперед у подоланні давніх обмежень цеолітних каталізаторів, прокладаючи шлях для набагато більш стійкої та екологічно чистої хімічної промисловості», – додає професор Квак.
Ця інновація є важливим кроком на шляху до більш стійкої хімічної промисловості, потенційно революціонізуючи виробництво важливих пластикових компонентів, роблячи процес більш ефективним, економічним та екологічно відповідальним. Він підкреслює потенціал використання хімічного потенціалу для сприяння стійким промисловим процесам.
