Группа исследователей из Национального университета Сингапура (National University of Singapore, NUS) разработала процесс искусственного фотосинтеза, работающий при нормальной температуре и атмосферном давлении, в ходе которого атмосферный углекислый газ превращается в этилен. Этилен является одним из основных видов сырья, используемого химической промышленностью для производства пластмасс, резины и синтетических тканей. За 2015 год во всем мире было произведено 170 миллионов тонн этилена, и это количество должно увеличиться до 220 миллионов тонн к 2020 году.
Однако, промышленные технологии производства этилена никак нельзя назвать экологически чистыми и безопасными. Этилен получается путем крекинга естественных углеводородов при температурах от 750 до 950 градусов Цельсия. При этом, на каждую тонну получаемого этилена в атмосферу выбрасывается две тонны углекислого газа.
Признавая потребность в более экологически чистом методе производства этилена, группа из NUS направила свои усилия в строну специализированных фотохимических процессов, аналогов процесса естественно фотосинтеза. В 2015 году исследователи разработали катализатор на базе меди, который использовался для синтеза этилена из воды и углекислого газа под воздействием электрического тока.
На базе этого медного катализатора был разработан фотокатализатор, который делал все то же самое за счет энергии солнечного света. Эффективность экспериментальной фотохимической ячейки на базе этого катализатора оказалась на 30 процентов выше эффективности работы системы электрического синтеза в пересчете на количество электронов, задействованных в этих двух видах процессов. При этом, полная эффективность фотохимической ячейки находится близко к эффективности использования солнечной энергии процессами естественного фотосинтеза, которые протекают в листьях растений.
“Кроме этого, отбор углекислого газа из атмосферы является ключевым моментом в борьбе с климатическими изменениями, спровоцированными деятельностью человека” – пишут исследователи, – “Сейчас уровень выбросов углекислого газа превышает уровень его потребления всеми растениями на земном шаре. Наше устройство, с этой точки зрения, позволяет не только производить химическое сырье за счет экологически чистой энергии, оно будет способно стать той “палочкой-выручалочкой”, которая сместит баланс углеродного атмосферного цикла в положительную для людей и природы сторону”.
Сейчас исследователи встроили в фотохимическую ячейку аккумуляторную батарею, которая способна обеспечить непрерывность цикла производства этилена. Днем в этой батарее накапливается излишек энергии, полученной из энергии солнечных лучей, а ночью или в условиях недостаточной освещенности эта энергия расходуется на обеспечение реакций электрохимического синтеза этилена.
Ученые из Сингапура планируют продолжить работу над разработанной ими технологией искусственного фотосинтеза. С одной стороны, они будут пытаться увеличить эффективность процесса производства этилена, а с другой – добиваться того, чтобы продуктом технологии синтеза стал какой-либо из видов жидкого топлива, этанол или пропанол, к примеру.
