Μια καινοτόμος κινεζική εφεύρεση ανατρέπει μια από τις παλαιότερες παραδοχές της πολιτικής για το κλίμα: ότι η μείωση των εκπομπών βλάπτει αναπόφευκτα την οικονομία. Ενώ κριτικοί, όπως ο πρώην πρόεδρος των ΗΠΑ Donald Trump, έχουν απορρίψει τους πράσινους κανονισμούς ως τροχοπέδη για τη βιομηχανία, θεωρώντας ότι αυξάνουν το κόστος και μειώνουν την παραγωγή, ακόμη και η Ευρωπαϊκή Ένωση επανεξετάζει τους στόχους της για σταδιακή κατάργηση των οχημάτων ορυκτών καυσίμων, επικαλούμενη τις αρνητικές οικονομικές επιπτώσεις.
Ωστόσο, νέα έρευνα από ομάδα με επικεφαλής την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών και το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου αποδεικνύει ότι η δραστική μείωση των εκπομπών άνθρακα δεν χρειάζεται να επιβαρύνει την οικονομία. Αντιθέτως, μπορεί να αυξήσει θεαματικά την παραγωγικότητα.
Η ομάδα έχει αναπτύξει μια απλή αλλά επαναστατική τροποποίηση σε μια βασική χημική διεργασία που βασίζεται στον άνθρακα, μειώνοντας τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα στο εγγύς μηδέν, ενώ παράλληλα τριπλασιάζει την απόδοση υψηλής αξίας χημικών, γνωστών ως ολεφίνες, οι οποίες είναι απαραίτητες για την παραγωγή πλαστικών, φαρμακευτικών προϊόντων και προηγμένων υλικών. “Είναι σαν να εγκαθιστούμε έναν ‘μοριακό διακόπτη’ σε μια σύνθετη χημική αντίδραση, που μπορεί να απενεργοποιεί με ακρίβεια τις δευτερεύουσες αντιδραστικές οδούς που παράγουν διοξείδιο του άνθρακα”, δήλωσε ο Ma Ding, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Πεκίνου, στην εφημερίδα Science and Technology Daily στις 24 Δεκεμβρίου.
Αυτό δεν είναι μεμονωμένο περιστατικό. Τα τελευταία χρόνια, η Κίνα έχει αυξήσει σημαντικά την παραγωγικότητά της ακολουθώντας την απανθρακοποίηση, ενισχύοντας την ανταγωνιστικότητα των προϊόντων της στις παγκόσμιες αγορές και αναλαμβάνοντας ηγετικό ρόλο σε βασικές τεχνολογίες, όπως τα ηλεκτρικά οχήματα, τα νέα υλικά και η ανανεώσιμη ενέργεια. Αντίθετα, οι ΗΠΑ και η ΕΕ, που δίστασαν ή ακόμη και υποχώρησαν στις μειώσεις εκπομπών, αντιμετωπίζουν πλέον ολοένα και πιο σοβαρές κρίσεις στους κατασκευαστικούς τους τομείς.
Η ομάδα του Ma δήλωσε ότι η εργασία της αντιμετωπίζει την “κρίσιμη και ανεκπλήρωτη πρόκληση” της ανάπτυξης καταλυτικών συστημάτων για τη σύνθεση ολεφινών με μεγιστοποιημένη παραγωγικότητα και ελαχιστοποιημένη παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα. “Η βιώσιμη παραγωγή καυσίμων και ολεφινών από σύνθετο αέριο (syngas) μέσω της σύνθεσης Fischer-Tropsch απαιτεί καταλύτες που προσφέρουν υψηλή επιλεκτικότητα, βιομηχανική παραγωγικότητα και ελάχιστες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα”, ανέφερε η ομάδα σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science στις 30 Οκτωβρίου. “Παρουσιάζουμε μια απλή, αλλά στιβαρή και ευρέως εφαρμόσιμη στρατηγική για την επίτευξη βιώσιμης και εξαιρετικά αποδοτικής παραγωγής ολεφινών ή υγρών καυσίμων με εξαιρετική απόδοση άνθρακα”.
Το σύνθετο αέριο, ή syngas, αποτελείται κυρίως από μονοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο. Παράγεται με θέρμανση υλικών πλούσιων σε άνθρακα, όπως ο άνθρακας, το φυσικό αέριο, τα απόβλητα ή η βιομάζα. Οι ολεφίνες είναι μια κατηγορία ενώσεων υδρογόνου και άνθρακα που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή πλαστικών, συγκολλητικών, υλικών συσκευασίας, συνθετικού καουτσούκ και φαρμακευτικών προϊόντων, χωρίς την ανάγκη πετρελαίου.
Το syngas μπορεί να μετατραπεί σε υγρά καύσιμα ή ολεφίνες χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που ονομάζεται σύνθεση Fischer-Tropsch, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή πετρελαϊκών προϊόντων και χημικών υψηλής αξίας. Οι καταλύτες με βάση τον σίδηρο αποτελούν το τρέχον βιομηχανικό πρότυπο για αυτή τη διαδικασία σύνθεσης, με τα δύο τρίτα της παγκόσμιας δυναμικότητας σύνθεσης Fischer-Tropsch να βασίζεται σε αυτούς, σύμφωνα με τους ερευνητές. Ωστόσο, αυτοί οι καταλύτες δημιουργούν σημαντικά υποπροϊόντα διοξειδίου του άνθρακα, τα οποία συμβάλλουν στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και μειώνουν την απόδοση άνθρακα της διαδικασίας.
Η κινεζική ομάδα διαπίστωσε ότι η προσθήκη ιχνοποσοτήτων ενώσεων που περιέχουν αλογόνα στο αέριο τροφοδοσίας μπορεί να καταστείλει τον σχηματισμό διοξειδίου του άνθρακα κατά τη χρήση καταλυτών με βάση τον σίδηρο. Η συν-τροφοδότηση σε συγκεντρώσεις ppm (μέρη ανά εκατομμύριο) βρωμομεθανίου πάνω από έναν καταλύτη καρβιδίου του σιδήρου μείωσε την επιλεκτικότητα για το διοξείδιο του άνθρακα σε λιγότερο από 1%, από περίπου 30% με τους παραδοσιακούς καταλύτες. Αυτό αύξησε επίσης την επιλεκτικότητα για ολεφίνες υψηλής αξίας σε περίπου 85% μεταξύ όλων των ενώσεων που περιέχουν άνθρακα, σε σύγκριση με 23% με τον ίδιο καταλύτη χωρίς συν-τροφοδότηση.
“Η στρατηγική μας ξεπέρασε την παραδοσιακή ανταλλαγή μεταξύ υψηλής απόδοσης ολεφινών και χαμηλής επιλεκτικότητας για το διοξείδιο του άνθρακα, παρουσιάζοντας πρωτοφανείς επιδόσεις στην αντίδραση σύνθετου αερίου προς ολεφίνες”, δήλωσε η ομάδα. “Είναι σαν να προσθέτεις μια σταγόνα ‘καρυκεύματος σε μοριακό επίπεδο’ στο μαγείρεμα”, δήλωσε ο Wen Xiaodong, ερευνητής στο Ινστιτούτο Χημείας Άνθρακα της CAS. “Μπορεί να κλειδώσει την υπέροχη γεύση του κυρίως πιάτου και να αποτρέψει έξυπνα ανεπιθύμητες αντιδράσεις, όπως το κάψιμο των συστατικών.”
Ο καταλύτης, με τη συν-τροφοδότηση βρωμομεθανίου, επέδειξε “εξαιρετική σταθερότητα” για περισσότερες από 450 ώρες. “Τέτοια σταθερή απόδοση, που συνδυάζει υψηλή επιλεκτικότητα ολεφινών και σχεδόν μηδενικές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, δεν έχει αναφερθεί προηγουμένως στην εκατονταετή εξέλιξη της σύνθεσης Fischer-Tropsch με βάση τον σίδηρο”, ανέφερε η ομάδα.
Η ομάδα, που περιλάμβανε επίσης ερευνητές από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Πεκίνου, το Πανεπιστήμιο Ningxia και το Πανεπιστήμιο του Cardiff, δήλωσε ότι η στρατηγική τους θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε μια σειρά καταλυτών με βάση τον σίδηρο, συμπεριλαμβανομένων εμπορικών συνθέσεων. Ο Ma δήλωσε ότι αυτή η έρευνα θα μπορούσε να επιτρέψει την παραγωγή ολεφινών ή πετρελαϊκών προϊόντων χαμηλών εκπομπών άνθρακα και θα μπορούσε να συνδυαστεί με πράσινο υδρογόνο και μια διαδικασία αεριοποίησης άνθρακα χαμηλών εκπομπών για να ανοίξει ο δρόμος για την απανθρακοποίηση των χημικών διεργασιών άνθρακα.
