Kemianteollisuus on teollisuuden suurin energiankuluttaja, joka käyttää fossiilisia polttoaineita sekä raaka-aineena että energian käyttöön. Suuri osa jälkimmäisestä tapahtuu, koska reaktiot, jotka muuttavat raaka-aineen hyödyllisiksi tuotteiksi, perustuvat tyypillisesti lämpökatalyysiin. Nämä prosessit vaativat usein suhteellisen äärimmäisiä reaktio-olosuhteita, kuten korkeita lämpötiloja ja paineita. Tämä vähentää prosessin tehokkuutta ja lopulta merkittävää hiilijalanjälkeä.  

Vaihtoehtoiset raaka-aineet, kuten jäte, biomassa ja CO2 voi auttaa alaa käsittelemään fossiilisten polttoaineiden käyttöä raaka-aineena. Kuitenkin, jos teollisuus aikoo saavuttaa päästöjen vähentämistavoitteet, tarvitaan myös energiatehokkaampi prosessi. Perinteiset teknologiat ovat saavuttaneet korkean optimointitason, mikä tarkoittaa, että kemianteollisuuden on puututtava polttoaineen käytön päästöihin. Hiilidioksidin talteenotto on skaalautunut viime vuosina, mutta sillä on haasteita, kuten kustannuksia ja infrastruktuuria, kun taas uusiutuvan energian käyttö voi auttaa vähentämään päästöjä, vaikka kustannukset vaihtelevatkin. 

Fotokatalyysi tarjoaa tavan käyttää uusiutuvaa energiaa kemiallisessa prosessoinnissa ja prosessin tehokkuuden lisäämisessä, ja siten se vähentää merkittävästi fossiilisten polttoaineiden käyttöön liittyviä päästöjä – mikäli teknologia skaalautuu taloudellisesti. 

Kuinka fotokatalyysi toimii ja mitä hyötyä siitä on? 

Fotokatalyysissä valoenergiaa käytetään aktivoimaan katalyytti, joka sitten kiihdyttää kemiallista reaktiota. Toisin kuin lämpökatalyysissä, reaktionopeudella on eksponentiaalinen suhde valon intensiteettiin sekä lämpötilaan. Tämä tarkoittaa, että fotokatalyysi vaatii huomattavasti alhaisempia lämpötiloja kuin lämpökatalyysi vaadituille reaktionopeuksille.  

Valokatalyysin teoreettiset hyödyt olivat Ricen yliopiston tutkijoiden tutkimuksen kohteena. He kehittivät plasmonisia fotokatalyyttejä, jotka voivat ohjata kemiallisia reaktioita korkealla fotokatalyyttisellä tehokkuudella, selektiivisyydellä ja spesifisyydellä. Sen jälkeen tekniikka lisensoitiin Syzygy Plasmonics joka kehitti "valoreaktoreita", jotka käyttävät LEDejä valaisemaan fotokatalyyttejä, jotka katalysoivat reaktioita. Reaktorit on valmistettu suhteellisen edullisista materiaaleista, mikä auttaa pitämään pääomakustannukset alhaisina. Samaan aikaan prosessi hyötyy korkeasta tehokkuudesta, selektiivisyydestä ja spesifisyydestä, mikä vähentää energiankulutusta, mikä johtaa alhaisempiin kustannuksiin ja pienempään hiilijalanjälkeen.  

Vaikutuspotentiaali   

Syzygy Plasmonics on kehittänyt teknologian useisiin sovelluksiin, mukaan lukien ammoniakin hajoamiseen (krakkaukseen). Ammoniakkia tuotetaan tällä hetkellä suuria määriä lannoitteisiin, ja se tunnustetaan yhä enemmän lupaavaksi vedyn kantajaksi – hyödyllinen sekä kuljetuspolttoaineena että energian tuonnissa. Ammoniakin tuotannon ja hajoamisen edestakainen tehokkuus (ja kustannukset) on kuitenkin edelleen este käyttöönotolle. Mittakaavassa käytössä Syzygyn teknologia lupaa paljon suurempaa tehokkuutta kuin lämpökrakkaus, mikä avaa mahdollisuuden korvata maakaasun tuonti puhtaalla ammoniakin tuonnilla. 

Muitakin lähestymistapoja energian tuontiin on olemassa, ja ammoniakki on erityisen suotuisa verrattuna muihin vedyn kantajiin, kuten metanoliin, jossa pääsy hiilen lähteisiin on rajoitettua. Ammoniakin määrä, joka muuttuu takaisin vedyksi energiaa tai teollista käyttöä varten, riippuu monista muuttujista. 100-130 Mt vetyä vuoteen 2050 mennessä olisi linjassa IEA arvioi typen tarpeeseen energiankäytössä, mutta tämä voi olla suoraa käyttöä tai vetyä. Jos kaikki krakattu, Syzygy-teknologian käyttäminen lämpökrakkauksen sijaan säästäisi noin 1000–1250 TWh energiaa – noin kolme kertaa Iso-Britannian vuotuiseen kokonaisenergiankäyttöön verrattuna.  

Teknologiaa ei todennäköisesti oteta käyttöön suuressa mittakaavassa, ellei se kilpaile kokonaiskustannuksilla muihin teknologioihin verrattuna. Tehokkuusetujen odotetaan kuitenkin laskevan kustannuksia, kun Syzygy odottaa teknologian vähentävän ammoniakkikrakkaukseen liittyviä kokonaiskustannuksia yli 20 % lämpökrakkaukseen verrattuna, vaikka kustannuskilpailukyky riippuu uusiutuvan energian kustannuksista. 

Katse Eteenpäin 

Syzygyllä on kehitteillä ammoniakin krakkauspilotti Lotte Chemicalsin kanssa, ja skaalautumismahdollisuudet vahvistetaan, kun Syzygy osoittaa tehokkuutta mittakaavassa. Tekniikkaa on myös testattu useissa sovelluksissa, mukaan lukien höyrymetaanireformointi (vedyn tuottamiseksi) ja kuiva metaanireformointi (synteesikaasun tuottamiseksi, jota voidaan käyttää metanolin tai lentopetrolin tuotannossa). On olemassa monia muita sovelluksia, mukaan lukien ammoniakkisynteesin, vihreän vedyn, eteenin ja aromaattisten aineiden synteesin teknologia, joka voi säästää gigatonneja hiilidioksidipäästöjä. 

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.cleantech.com/will-photocatalysis-move-the-needle-on-chemical-carbon-emissions/