エンジニアの反応器はガスを直接酢酸に変換する。

この新しい技術は、酸味をより実用的なものにします。googletag.cmd.push(function(){googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′);});
ライス大学のエンジニアたちは、連続触媒反応器を用いて一酸化炭素を酢酸(酢の強い風味のもととなる広く使われている化学物質)に直接変換することに成功しており、再生可能電力を効率的に利用して高純度の製品を生産できる。
ライス大学ブラウン工学部の化学・生物分子工学研究者の研究室で行われた電気化学プロセスにより、一酸化炭素(CO)を酢酸に還元する従来の手法における課題が解決された。これらの手法では、生成物を精製するための追加工程が必要だった。
この環境に優しい反応器は、主触媒としてナノメートルサイズの立方体銅と独自の固体電解質を使用している。
150時間の連続実験運転において、この装置で生成された水溶液中の酢酸含有量は最大2%に達した。酸成分の純度は98%と高く、一酸化炭素を触媒的に液体燃料に変換する初期の試みで生成された酸成分よりもはるかに優れている。
酢酸は、酢やその他の食品と同様に、医療分野で保存料として使用されます。また、インク、塗料、コーティング剤の溶剤としても使用され、酢酸ビニルの製造においては、一般的な白い接着剤の原料となります。
ライス法は、王氏の研究室にある反応器を基盤としており、二酸化炭素(CO2)からギ酸を生成する。この研究は、王氏(最近パッカード・フェローに任命された)にとって重要な基盤となり、温室効果ガスを液体燃料に変換する方法を探求し続けるために、全米科学財団(NSF)から200万ドルの助成金を受け取った。
王氏は、「当社は、製品を炭素原子1個の化学物質であるギ酸から炭素原子2個の化学物質へとアップグレードしており、これはより困難な課題です」と述べた。「従来、酢酸は液体電解質中で製造されてきましたが、性能が劣り、製品の電解質分離に問題がありました。」
センフトル氏はさらにこう付け加えた。「もちろん、酢酸は通常、COやCO2から合成されるものではありません。」「重要なのは、私たちが削減したい廃ガスを吸収し、それを有用な製品に変えているということです。」
銅触媒と固体電解質との慎重な結合が行われ、固体電解質はギ酸反応器から移送された。王氏は「銅は時に2つの異なる経路で化学物質を生成する」と述べた。「一酸化炭素を酢酸とアルコールに還元することができる。我々は炭素-炭素結合を制御できる面を持つ立方体を設計し、炭素-炭素結合のエッジが他の生成物ではなく酢酸につながるようにした。」
センフトル氏と彼のチームが開発した計算モデルは、立方体の形状を改良するのに役立った。センフトル氏は次のように述べている。「立方体のエッジの種類、つまり波状の表面をより多く示すことができます。これらは特定のCOキーを破壊するのに役立ち、製品を何らかの方法で操作できるようになります。エッジサイトが増えることで、適切なタイミングで適切な結合を切断するのに役立ちます。」
センフトラー氏は、このプロジェクトは理論と実験がどのように結びつくべきかを示す良い例だと述べた。「原子炉内の構成要素の統合から原子レベルのメカニズムに至るまで、これは多段階のエンジニアリングの良い例です。分子ナノテクノロジーのテーマに合致しており、それを実際のデバイスにどのように応用できるかを示しています。」
王氏は、拡張可能なシステムの開発における次のステップは、システムの安定性を向上させ、プロセスに必要なエネルギーをさらに削減することだと述べた。
ライス大学の大学院生である朱鵬、劉春燕、夏川、そして博士研究員のJ・エヴァンス・アットウェル=ウェルチが、この論文の主要責任者である。
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投稿日時:2021年1月29日