Scientists mimic photosynthesis to produce ethylene / Gli scienziati imitano la fotosintesi per produrre etilene

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Scientists have developed a prototype device that mimics natural photosynthesis to produce ethylene gas using only sunlight, water and carbon dioxide.

The advance from the National University of Singapore (NUS) produces ethylene at room temperature and pressure using benign chemicals, and could be scaled-up to provide an alternative to current ethyleneproduction.

The development led by assistant Professor Jason Yeo Boon Siang from the Department of Chemistry at NUS Faculty of Science and the Solar Energy Research Institute of Singapore (SERIS) was first published in ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

Ethylene is an important chemical feedstock produced in large quantities for manufacturing plastics, rubber and fibres. Over 170 million tonnes of ethylene was produced worldwide in 2015, and the global demand is expected to exceed 220 million tonnes by 2020.

Current industrial production of ethylene employs steam cracking of fossil fuels at between 750°C to 950°C. The current method also emits about two tonnes of carbon dioxide for every tonne of ethylene produced.

Recognising the need for a more eco-friendly method, Asst Prof Yeo and his team began investigating renewable energy to produce ethylene. The team first designed a copper catalyst in 2015 that could generate ethylene from water and carbon dioxide when powered by electricity.

This copper catalyst was subsequently introduced into an artificial photosynthesis system to convert carbon dioxide and water into ethylene using only solar energy. The prototype device designed to carry out the reaction is said to have achieved a 30 per cent Faradaic efficiency of ethylene based on the amount of electrons generated from solar energy. According to NUS, the overall energy efficiency of solar-to-ethylene is also comparable to the level of energy efficiency of natural photosynthesis by plants.

“Carbon capture is a key step in fighting human-driven climate change. There has been a steady increase in the atmospheric concentration of carbon dioxide, because the rate of carbon dioxide emissions exceeds that of carbon capture. This has been attributed as a major cause of global warming which leads to undesirable environmental changes,” said Prof Yeo. “Our device not only employs a completely renewable energy source, but also converts carbon dioxide, a greenhouse gas into something useful. This could potentially close the carbon cycle.”

The team also incorporated a battery in the prototype device to attain stable and continuous production of ethylene, a key challenge in artificial photosynthesis systems. The battery stores excess solar energy collected in the day to power the device at night or under low light.

The team said it will continue to work on its device to scale up the production of ethylene as well as employ similar systems to produce liquid fuels such as ethanol and propanol.

ITALIANO

Gli scienziati hanno sviluppato un dispositivo di prototipo che simula la fotosintesi naturale per produrre gas etilene utilizzando solo luce solare, acqua e anidride carbonica.

Il sistema della National University of Singapore (NUS) produce etilene a temperatura ambiente e pressione utilizzando sostanze chimiche benigne e potrebbe essere scalato per fornire un'alternativa all'attuale produzione di etilene.

Lo sviluppo guidato dall'assistente Professor Jason Yeo Boon Siang del Dipartimento di Chimica della Facoltà di Scienze NUS e dell'Istituto di ricerca sull'energia solare di Singapore (SERIS) è stato pubblicato per la prima volta in ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

L'etilene è un'importante materia prima chimica prodotta in grandi quantità per la produzione di materie plastiche, gomma e fibre. Oltre 170 milioni di tonnellate di etilene sono state prodotte in tutto il mondo nel 2015 e la domanda globale dovrebbe superare i 220 milioni di tonnellate entro il 2020.

L'attuale produzione industriale di etilene impiega cracking a vapore di combustibili fossili tra 750 ° C e 950 ° C. L'attuale metodo emette anche circa due tonnellate di anidride carbonica per ogni tonnellata di etilene prodotta.

Riconoscendo la necessità di un metodo più ecologico, Asst Prof Yeo e il suo gruppo hanno iniziato a studiare le energie rinnovabili per produrre etilene. Il gruppo ha inizialmente progettato un catalizzatore di rame nel 2015 che potrebbe generare etilene da acqua e anidride carbonica quando alimentato dall'elettricità.

Questo catalizzatore di rame è stato successivamente introdotto in un sistema di fotosintesi artificiale per convertire l'anidride carbonica e l'acqua in etilene utilizzando solo l'energia solare. Si dice che il dispositivo prototipo progettato per effettuare la reazione abbia raggiunto un'efficienza Faradaica del 30% di etilene basata sulla quantità di elettroni generati dall'energia solare. Secondo NUS, l'efficienza energetica complessiva del solare-etilene è paragonabile anche al livello di efficienza energetica della fotosintesi naturale da parte delle piante.

"La cattura del carbonio è un passo fondamentale nella lotta ai cambiamenti climatici guidati dall'uomo. C'è stato un costante aumento della concentrazione atmosferica di anidride carbonica, perché il tasso di emissioni di anidride carbonica supera quello della cattura del carbonio. Questo è stato attribuito come una delle principali cause del riscaldamento globale che porta a cambiamenti ambientali indesiderabili ", ha detto il prof Yeo. "Il nostro dispositivo non solo impiega una fonte di energia completamente rinnovabile, ma converte anche l'anidride carbonica, un gas serra in qualcosa di utile. Questo potrebbe potenzialmente chiudere il ciclo del carbonio. "

Il gruppo ha anche incorporato una batteria nel dispositivo prototipo per ottenere una produzione stabile e continua di etilene, una sfida chiave nei sistemi di fotosintesi artificiale. La batteria immagazzina l'energia solare in eccesso accumulata durante il giorno per alimentare il dispositivo di notte o in condizioni di scarsa illuminazione.

Il gruppo ha detto che continuerà a lavorare sul suo dispositivo per aumentare la produzione di etilene e impiegare sistemi simili per produrre combustibili liquidi come l'etanolo e il propanolo.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/photosynthesis-ethylene/?cmpid=tenews_4346268&adg=CA40D8F0-63B9-4BE1-90A0-3379B1DDE40E