استفاده از فتوسنتز مصنوعي جهت توليد اتيلن

يك تيم از دانشمندان دانشگاه ملي سنگاپور دستگاهي توسعه داده‌اند كه مانند فتوسنتز طبيعي، از نور خورشيد، آب و دي‌اكسيد كربن جهت توليد گاز اتيلن استفاده مي‌كند. اين روش جديد كه فرايند توليد اتيلن در دماي اتاق و مواد شيميايي پايه انجام مي‌شود، در صورت توسعه مي‌تواند به‌عنوان يك روش پايدار و سازگار با محيط زيست جهت جايگزيني با روش‌هاي مرسوم و قديمي مورد استفاده قرار گيرد.

اتيلن كه مونومر و واحد‌ تشكيل‌دهنده پلي‌اتيلن است، در صنايع پلاستيك، لاستيك و فيبر به‌طور گسترده و در مقادير بسيار زياد به‌عنوان ماده اوليه استفاده مي‌شود. در سال ۲۰۱۵ بالغ بر ۱۷۰ ميليون تن اتيلن در جهان توليد شده است و انتظار مي‌رود كه به‌ دليل افزايش تقاضا، اين ميزان توليد به بيش از ۲۲۰ ميليون تن در سال ۲۰۲۰ برسد.

روش‌هاي مرسوم صنعتي جهت توليد اتيلن از طريق كراكينگ با بخار آب در دماي بين ۷۵۰ تا ۹۵۰ درجه‌ي سانتي‌گراد روي سوخت‌هاي فسيلي انجام مي‌شود كه اين فرايندها، به منابع بسيار زياد انرژي نياز دارد. در اين روش نوين، از هر ۲ تن دي‌اكسيد كربني كه در هوا منتشر شده است، مي‌توان براي توليد يك تن اتيلن استفاده كرد. در نتيجه‌ي اين ابداع، علاوه بر اينكه روشي پاك و بدون آلودگي است، توليد اتيلن بسيار پايدار خواهد بود و نيازي به تأمين سوخت فسيلي نيست.

با هدف استفاده از انرژي‌هاي تجديد‌پذير در توليد اتيلن، تيم پروفسور Yeo از دانشگاه ملي سنگاپور براي اولين بار در سال ۲۰۱۵، كاتاليزور مس را طراحي كردند كه مي‌توانست اتيلن را با كمك جريان الكتريكي از آب و دي‌اكسيد كربن توليد كند. اين كاتاليزور مس، متعاقبا در سيستم فتوسنتز مصنوعي جهت توليد اتيلن از آب و دي‌اكسيد كربن با استفاده از انرژي خورشيد مورد بهره‌برداي قرار گرفت. نمونه‌ي اوليه اين دستگاه، جهت واكنش الكتروشيميايي به بازده فارادي ۳۰ درصدي جهت توليد اتيلن از طريق نور خورشيد دست پيدا كرد كه اين ميزان از بازده انرژي، براي اين سيستم تا حدود زيادي مطابق با ميزان بازده انرژي فتوسنتز طبيعي در گياهان است.

افزايش بسيار زياد غلظت دي‌اكسيد كربن در اتمسفر به اين دليل بوده كه ميزان انتشار دي‌اكسيد كربن ناشي از فعاليت‌هاي انساني بيش از ميزاني است كه بتواند توسط گياهان و جنگل‌ها در سرتاسر دنيا به جذب شود. اين فرايند افزايش نشر دي‌اكسيد كربن در هوا، منجر به گرمايش جهاني و تغييرات ناخواسته زيست‌محيطي شده است و در نتيجه‌، به‌ دام انداختن دي‌اكسيد كربن يكي از روش‌هاي كليدي جهت مقابله با تغييرات آب‌وهوايي ناشي از فعاليت انساني خواهد بود. اين روش ابداع‌شده نه‌تنها به‌طور كامل از انرژي تجديد‌پذير استفاده مي‌كند، حتي در كاهش گازهاي گلخانه‌اي و مصرف دي‌اكسيد كربن جهت توليد يك ماده ديگر كمك مي‌كند.

اين ابداع مي‌تواند نقطه‌ي عطفي باشد كه در آينده با كمك فتوسنتز‌هاي مصنوعي از طريق جذب دي‌اكسيد كربن، بتوان انواع تركيبات آلي مانند پلي‌اتيلن را توليد كرد. پژوهشگران با توسعه چنين سيستمي، مي‌خواهند توليد سوخت‌هاي مايع مانند اتانول و پروپانول را در دستور كار خود قرار دهند.