Chemiker leisten Pionierarbeit bei der Reduzierung von Kohlenstoffemissionen
"Mein Team und ich haben hart daran gearbeitet, nachhaltigere Wege zur Trennung, Reinigung und Abscheidung von Ethylen zu finden..."
Die Herstellung von Ethylen ist einer der wichtigsten chemischen Prozesse, die heute genutzt werden. Jedes Jahr werden etwa 300 Millionen Tonnen der winzigen Chemikalie produziert. Ethylengas wird zur Herstellung von Alltagsgegenständen wie Einkaufstüten und Plastikfolienverpackungen verwendet.
Rasika Dias, Professorin und Lehrstuhlinhaberin für Chemie und Biochemie an der Universität von Texas in Arlington
Photo courtesy University of Texas at Arlington
Die Herstellung von Ethylen verbraucht jedoch enorme Mengen an Energie; Schätzungen zufolge sind die Verfahren zur Reinigung von Gasen wie Ethylen für etwa 0,8 % der gesamten Kohlenstoffemissionen der Welt verantwortlich. Ethylen muss durch Steamcracken von unerwünschten Nebenprodukten getrennt werden, einem Verfahren, bei dem Kohlenwasserstoffe durch Raffination von Erdöl oder Erdgas aufgespalten werden.
Ein Team von UTA-Chemikern unter der Leitung von Rasika Dias, Professorin und Lehrstuhlinhaberin für Chemie und Biochemie an der University of Texas in Arlington, hat eine Methode gefunden, die diese Prozesse nachhaltiger machen könnte. In den kürzlich in der Fachzeitschrift Chemical Science veröffentlichten Ergebnissen berichtet Dias über eine Art silberhaltiges Material, das Ethylen in festem Zustand absorbieren kann und dabei bemerkenswerte Veränderungen in seiner Struktur erfährt. Solche formveränderlichen Moleküle könnten zu nachhaltigen Wegen führen, um gasförmiges Ethylen aufzufangen, zu reinigen und freizusetzen.
Diese neue Entdeckung ist so bedeutsam, dass die Herausgeber von Chemical Science, dem Flaggschiff der Royal Society of Chemistry, die Geschichte auf die Titelseite ihrer neuesten Ausgabe gesetzt haben.
"Mein Team und ich haben hart daran gearbeitet, nachhaltigere Wege zur Trennung, Reinigung und Abscheidung von Ethylen zu finden, da diese Chemikalie für unsere Wirtschaft, von der petrochemischen Industrie bis zur Landwirtschaft, so wichtig ist", sagte Dias.
Zum Forschungsteam gehörten die UTA-Absolventin Devaborniny Parasar und der Wissenschaftler Mukundam Vanga sowie Kollegen des Argonne National Laboratory in Argonne, Illinois, der Stony Brook University in Stony Brook, N.Y., der Universidad San Sabastian in Santiago, Chile, und der Taras Shevchenko National University in Kiew, Ukraine.
"Das Ausmaß und die Geschwindigkeit der strukturellen Veränderungen, die gasförmiges Ethylen auf silberionenhaltigen Festkörpern hervorruft, sind unglaublich und wurden bisher noch nicht in solch detaillierter Weise erforscht", so Dias. "Es ist auch eine Herausforderung, Moleküle mit Ethylen auf Silber zu stabilisieren, da sie untereinander schwache Bindungen eingehen. Diese Arbeit wirft auch ein Licht auf unsere kupferbasierte Ethylen-Reinigungstechnologie".
In dieser Forschungsarbeit setzte das Team innovative Einkristall-Röntgen- und Pulver-Röntgenbeugungstechniken ein, um ein klares Verständnis des Prozesses "live" in molekularer Form zu erhalten, einschließlich der Darstellung der Formen der Moleküle mit und ohne Ethylen. Die Ergebnisse des Experiments wurden dann mit detaillierten Berechnungsmethoden untersucht, was zu der Erkenntnis führte, dass Silber und Ethylen erfolgreich in verschiedenen Formen stabilisiert werden können.
"Unsere Forschung ist spannend, weil sie zum ersten Mal zeigt, dass Ethylen die Chemie in festen, kristallinen Materialien antreibt", sagte Dias. "Obwohl unsere Arbeit vorläufig ist, hat sie große Auswirkungen darauf, wie wir daran arbeiten können, Rohstoffe für die Kunststoffherstellung umweltfreundlicher zu machen."
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