Sich schmutzig machen, um die Umweltauswirkungen der chemischen Industrie zu beseitigen

Chemische Reaktionen in Wasser können durch Hinzufügen eines wasserfesten Materials zu einer Elektrode drastisch beschleunigt werden

14.05.2024
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Die weltweite Chemieindustrie ist ein großer Verbraucher fossiler Brennstoffe und trägt zum Klimawandel bei. Neue Forschungsarbeiten der Curtin University haben jedoch gezeigt, wie die Branche ihre Umweltbilanz verbessern könnte, indem sie sich schmutzig macht.

Die meisten chemischen Reaktionen, bei denen Elektrizität und organische Stoffe zum Einsatz kommen, können nicht effizient mit Wasser durchgeführt werden, da sich die organischen Stoffe nicht gut auflösen. Die Industrie ist daher gezwungen, fossile Brennstoffe statt Elektrizität für die Wärmeerzeugung zu verwenden oder alternative Stoffe zu Wasser einzusetzen, was zusätzliche Umwelt- und Sicherheitsrisiken mit sich bringt.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Associate Professor Simone Ciampi von der Curtin's School of Molecular and Life Sciences hat jedoch herausgefunden, dass chemische Reaktionen in Wasser durch Hinzufügen eines wasserresistenten Materials zu einer Elektrode drastisch beschleunigt werden können - ein Prozess, der als "Fouling" bekannt ist.

"Fouling widerspricht der gängigen Meinung, dass man saubere Instrumente braucht, um Prozesse mit einer Elektrode so effizient wie möglich zu gestalten", sagte Professor Ciampi.

"Aber wenn wir wasserbeständige Materialien wie Plastik oder Öl hinzugefügt haben, haben wir festgestellt, dass Reaktionen in diesen Bereichen bis zu sechsmal schneller ablaufen als in den "sauberen" Bereichen der Elektrode.

"Wir haben festgestellt, dass selbst die Verwendung eines Haushaltsklebers die Reaktionsgeschwindigkeit um 22 Prozent erhöht.

Der Co-Leiter der Studie und Doktorand Harry Rodriguez sagte, der Schlüssel dazu sei, dass das organische Material von anderen wasserfesten Materialien angezogen werde.

"Wenn das Material hydrophob ist - was bedeutet, dass es kein Wasser mag - will es raus, also wird es von einer hydrophoben Umgebung wie Öl, Plastik oder Klebstoff auf einer Elektrode angezogen", sagte er.

Rodriguez sagte, dass die chemische Industrie trotz der Herausforderungen bestrebt sei, Wasser zu verwenden, wo immer dies möglich sei.

"Wenn organische Chemikalien mit den derzeitigen industriellen Methoden in Wasser hergestellt würden, wäre die Ausbeute voraussichtlich sehr gering", sagte er.

"Aber die Unternehmen wollen trotzdem Wasser verwenden, wenn es machbar ist, denn die Chemikalien, die sie derzeit für diese Reaktionen verwenden, sind teuer und entflammbar, so dass es Bedenken und potenzielle Komplikationen in Bezug auf Sicherheit und Lagerung gibt.

"Abgesehen von den Vorteilen für die Umwelt werden durch die Verwendung von Wasser viele dieser Probleme umgangen.

Laut Professor Ciampi wird es noch einige Zeit dauern, bis die Methode in großem Maßstab angewandt werden kann, aber der Weg zu einer saubereren chemischen Industrie könnte durch die Zusammenarbeit mit anderen Fachbereichen beschleunigt werden.

"In der Bergbauindustrie werden zum Beispiel ständig Blasen zur Trennung von Mineralien verwendet", sagte er.

"Es gibt eine Fülle von Kenntnissen, die mit der Elektrochemie gepaart werden könnten, um diese Methode in einen größeren Maßstab zu bringen und dann eine echte Wirkung zu erzielen.

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