来自纽约大学Tandon工程学院的一组研究人员正致力于推动能源密集型,化石燃料相关的化学制造工艺,并用依赖可再生原料的可持续太阳能驱动的反应取而代之。该团队由化学和生物分子工程助理教授Miguel Modestino领导,最近设计了一种新型反应器,利用太阳能和植物废物可持续生产己二腈,这是尼龙生产中使用的前体材料。
这个团队的工作是在创刊号功能趋势化学,由细胞出版社出版了一本评论杂志,旨在解决整个化学的所有领域的重大问题。在题为“有机电合成可持续化学制造”的论文中,Modestino和纽约大学Tandon博士生Daniela Blanco在减少碳排放的压力下回顾了全球化学工业面临的挑战和机遇。
这项技术被可持续发展的尼龙创业公司Sunthetics所采用,该公司于2018年由包括Blanco,Modestino和纽约大学Tandon毕业生Myrian Sbeiti在内的团队推出。
化学工业约占世界能源需求的四分之一,主要是化石燃料产生的热量,以驱动热化学反应。随着可再生能源的可用性的增加,有机电合成 – 依靠电力而不是热量来驱动反应 – 现在可以通过太阳能,风能或其他可再生能源方式轻松产生。据估计,通过电合成可以生产多达三分之一的化学产品 – 以及由尚未开发的化学转化产生的新产品。
莫德斯蒂诺确定了三个主要领域,多学科研究可以为阻碍工业规模有机电合成的障碍提供解决方案:
提高电合成依赖的电解质水溶液的电化学稳定性;
提高有机分子在电解质水溶液中的溶解度;
制定减轻电化学过程中不需要的反应的策略。
Modestino指出,有机电合成将对药物开发和石化行业产生重大影响,因为该过程可能会产生新的甲烷升级方法。
“电化学反应器可以影响广泛的化学转化,为化学工业的电气化提供了直接途径,并进一步促进了可再生能源的部署,”他说。
Modestino和他的合作者正在积极开发解决方案,专注于“绿化”当今化学制造领域中最普遍的电化学反应:丙烯腈(AN)转化为己二腈(ADN)的过程,ADN是制造尼龙的前体材料。
“在我们的研究小组中,我们有目的地进行创新,”布兰科说。“我们针对大规模问题,例如污染化学品行业,并制定策略,帮助我们设计可持续和高效的流程。同时启动创业公司和商业化技术的机会使我们的工作更加切实,并帮助我们了解将实验室规模技术应用于大规模场景所需的内容。“
2017年,Modestino被H&M基金会授予全球变革奖,以进一步开发能够将AN转化为可用于制造可持续尼龙的ADN的概念验证太阳能反应堆。他和他的团队最近在一篇论文中展示了提高当前工业ADN生产效率的方法。