Arderea selectivă oferă o alternativă eficientă din punct de vedere energetic pentru eliminarea poluanților din procesele industriale

Cercetătorii de la Universitatea din Minnesota Twin Cities au descoperit o nouă metodă prin care un catalizator poate fi folosit pentru a arde selectiv o moleculă într-un amestec de hidrocarburi. Această nouă metodă ar putea ajuta la eliminarea poluanților și la îmbunătățirea eficienței proceselor industriale, de la producția de combustibili și medicamente până la îngrășăminte și materiale plastice.

Cercetarea este publicată în Science .

Folosind un catalizator de oxid de bismut, cercetătorii pot arde selectiv o moleculă într-un amestec de combustibili. Cercetătorii au arătat că puteți arde eficient chiar și cantități mici de acetilenă în amestecuri cu etilenă. Îndepărtarea acetilenei este un proces crucial pentru prevenirea otrăvirii catalizatorilor de polimerizare, care este vital pentru producția de materiale plastice din polietilenă, o piață care depășește 120 de milioane de tone metrice anual.

Nimeni altcineva nu a demonstrat că ai putea arde o hidrocarbură prezentă în concentrații mici, în amestecuri cu altele.

— Aditya Bhan, investigator principal

 

În mod convențional, procesele de ardere sunt folosite pentru a arde toate amestecurile de combustibili de hidrocarburi la temperaturi ridicate pentru a produce căldură. Utilizarea unui catalizator le-a permis cercetătorilor să abordeze provocarea de a arde o moleculă, dar nu și celelalte. Catalizatorul de oxid de bismut este unic, deoarece își oferă propriul oxigen în timpul arderii, mai degrabă decât să folosească oxigen dintr-o sursă exterioară, într-un proces numit buclă chimică.

Am reușit să scoatem oxigenul din catalizator și să-l punem înapoi de mai multe ori, unde catalizatorul se modifică ușor, dar reactivitatea sa nu este afectată. Funcționarea în acest mod de buclă chimică evită problemele de inflamabilitate.

— Matthew Jacob, primul autor

 

În mod tradițional, eliminarea concentrațiilor mici de contaminanți este foarte dificilă și consumatoare de energie, dar această nouă metodă ar putea oferi o alternativă mai eficientă din punct de vedere energetic.

Cercetătorii au spus că impactul pe termen lung ar putea fi mare, deoarece catalizatorii sunt utilizați în aproape orice atingem în societatea modernă, de la producția de combustibili și medicamente până la îngrășăminte și materiale plastice. Înțelegerea modului în care moleculele arde – și nu se arde – pe suprafețele catalizatorului este valoroasă pentru a eficientiza producția de combustibili și materiale plastice.

Această lucrare a fost finanțată de Departamentul de Energie al SUA, Biroul de Științe Energetice de bază. Lucrarea a fost finalizată în colaborare cu Universitatea din Minnesota Characterization Facility și Minnesota Supercomputing Institute.

Resurse

• Matthew Jacob și colab. , Combustie selectivă în buclă chimică a acetilenei în fluxuri bogate în etilenă. Science 387, 744-749 (2025) doi: 10.1126/science.ads3181