שימוש באור לשיפור ייצור פרופילן

מדענים הצליחו לפתח שיטה חדשנית לסינתוז פרופילן - אחד החומרים הבסיסיים החשובים ביותר בתעשייה - באמצעות זרז חדש המופעל על ידי אור. השיטה עשויה לחולל מהפכה ביעילות האנרגטית של התהליך ולתרום באופן ניכר להפחתת פליטות פחמן.

פרופילן משמש לייצור פוליפרופילן, פולימר הנמצא בכל מקום - מבגדים ואריזות ועד למוצרי פלסטיק לבית. כיום מייצרים יותר מ-150 מיליון טונות פרופילן בשנה, והסינתזה המשותפת שלו ושל אתילן אחראית לפליטה של כ-900 מיליון טונות פחמן דו-חמצני בשנה.

חוקרים מאוניברסיטת נורת'ווסטרן פיתחו זרז פוטואקטיבי המאפשר להפיק פרופילן ישירות מגז פרופאן, בתהליך שנקרא דה-הידרוגנציה לא-חמצונית (PDH). תהליך זה מתרחש בתנאים מתונים יותר מסדק קיטור (steam cracking) המקובל, ובכך מקטין את הצורך בחום גבוה - צרכן עיקרי של דלקים מאובנים.

הצוות שילב נחושת - חומר פלזמוני בעל תגובה לאור - ופלטינה - מתכת יעילה מאוד בפירוק קשרים בין אטומי פחמן למימן (C-H). המהנדסים כיוונו את הרכב החומר לפעול באופן מיטבי באור בעזרת מנגנון פוטוכימי ולא רק חימום פוטותרמי.

"הרעיון היה להוריד את טמפרטורת הפעולה ולמנוע תלות באנרגיית חום", הסבירה החוקרת הראשית אמה-רוז נוימאייר. הם גילו כי אתרי פלטינה יחידים (אטומים יחידים של פלטינה) יוצרים נקודות תגובה יעילות במיוחד, המאפשרות לבצע את התהליך בטמפרטורה נמוכה ב-50 מעלות צלזיוס בערך מהשיטה המסורתית - הישג בעל פוטנציאל לחיסכון אנרגטי רב.

"התוצאות מלמדות שזו תגובה כימית שמקבלת חיזוק מאור, ולא פשוט תהליך חימום באור", הוסיפה נוימאייר. מדובר בהבנה מעמיקה של הדרך שבה אור משפיע על מסלולים כימיים, והיא עשויה לשמש בעתיד גם לתהליכים מורכבים יותר כגון הפיכת מתאן למימן ופרופילן.

למרות האופטימיות, חוקרים אחרים בתחום מזהירים מפני אתגרי יישום בקנה מידה תעשייתי. ד"ר ג'ימי פאריה אלבנזה מאוניברסיטת טוונטה בהולנד הסתייג, ואמר שפעילות הזרז יורדת בחדות לאורך זמן. הדבר עלול להגביל את היישום המעשי בתעשייה.

השלב הבא של החוקרים הוא לבחון שימוש בזרז עם מולקולות גז טבעי נוספות כגון מתאן, שאותן קשה יותר להפעיל. לדבריהם, הבנה טובה יותר של אינטראקציה בין אור לחומר תוכל להביא לפריצות דרך נוספות בתחום ייצור דלקים וכימיקלים נקיים יותר.

לפרטים נוספים