ماده اولیه ضروری برای پی وی سی و رزین

استیلن یک پیش ماده ضروری در تولید رزین ها و پلاستیک هایی مانند پی وی سی و همچنین یک گاز مفید در بسیاری از فرآیندهای صنعتی است. با این حال، سنتز آن نیازمند سوخت‌های فسیلی است و از نظر زیست محیطی ضرر دارد.

دستیابی به پایداری یکی از مهم‌ترین و سخت ترین چالش‌های بشر امروزی است. برای به حداقل رساندن تأثیر بر محیط زیست و شروع به بازگرداندن آسیب هایی که بشر قبلاً ایجاد کرده است، تلاش برای دستیابی به کربن صفر در بسیاری از فعالیت های اقتصادی مهم است. متأسفانه، سنتز بسیاری از مواد شیمیایی مهم هنوز هم باعث انتشار کربن بالا می شود.

استیلن (C2H2)، یک هیدروکربن ضروری با کاربردهای فراوان است. این گاز قابل اشتعال برای جوشکاری، برش صنعتی، سخت شدن فلز، عملیات حرارتی و سایر فرآیندهای صنعتی استفاده می شود. علاوه بر این، پیش ساز مهمی در تولید رزین ها و پلاستیک های سنتزی از جمله PVC است. از آنجایی که تولید C2H2 به سوخت های فسیلی به عنوان مواد اولیه نیاز دارد، یک مسیر سنتز سازگار با محیط زیست به شدت مورد نیاز است.

رویکرد پیشنهادی،  تبدیل الکتروشیمیایی و شیمیایی CO2 به C2H2 با استفاده از نمک‌های مذاب با دمای بالا، یعنی مذاب‌های کلراید است. یکی از جنبه های کلیدی این فرآیند این است که از کاربیدهای فلزی، که جامدات متشکل از اتم های کربن و اتم های فلز هستند، به عنوان نقطه محوری در تبدیل استفاده می شود. دکتر سوزوکی توضیح می دهد: "در استراتژی ما، CO2 ابتدا به کاربیدهای فلزی مانند CaC2 و Li2C2 تبدیل می شود که روی یکی از الکترودها رسوب می کنند." سپس، این کاربیدهای فلزی با H2O واکنش می دهند و گاز C2H2 تولید می کنند.

برای دستیابی به راندمان انرژی بالاتر در این روش، تیم مجبور شد مواد مختلف الکترود و ترکیبات نمک مذاب را آزمایش کند. پس از یک سری آزمایشات جامع، از جمله ولتامتری چرخه ای، تجزیه و تحلیل کریستالینیت کربن و پراش اشعه ایکس، آنها مشخص کردند که مذاب NaCl-KCl-CaCl2-CaO اشباع شده با CaCl2 اضافی در اتمسفر CO2 بهترین نتایج را به همراه دارد. این مذاب خاص منجر به تشکیل انتخابی CaC2 در اطراف کاتد شد که نتایج بهتری نسبت به مذاب هایی از جمله لیتیوم به دست آورد.

این استراتژی نوآورانه مزایای مهمی را نسبت به مسیرهای سنتز مرسوم برای C2H2 ارائه می دهد. شاید قابل توجه ترین مزیت، استفاده مستقیم از CO2 به عنوان ماده اولیه برای تولید یک ماده شیمیایی مفید و با ارزش صنعتی است.

پروفسور گوتو تاکید می‌کند: «رویکرد پیشنهادی نشان‌دهنده یک فناوری امیدوارکننده برای تحقق یک منبع پایدار و چرخه انرژی بدون تکیه بر سوخت‌های فسیلی است». او همچنین می‌گوید: «در آینده، همین تکنیک می‌تواند به عنوان یک فناوری انتشار منفی کربن با استخراج دی‌اکسید کربن از هوا و استفاده از آن به‌عنوان ماده خام، مورد استفاده قرار گیرد.»

تحقیقات بیشتر در مورد این روش هیجان‌انگیز منجر به راه‌های مناسب اقتصادی و زیست‌محیطی برای تولید رزین‌ها و مواد شیمیایی مهم از CO2 می‌شود و راه را برای مسیر پایدار هموار می‌کند. در نهایت، این تلاش ها ما را قادر می سازد تا در هماهنگی با محیط زیست زندگی کنیم و در عین حال بسیاری از جنبه های مثبت شیوه زندگی مدرن خود را حفظ کنیم.