С помощью энергии солнца можно сделать химпроизводство безвредным

Кандидат наук Кевин Моэллер из Университета Вашингтона в Сент-Луисе предлагает путь создания экологически чистой и эффективной промышленности. По мнению ученого, все что нужно – это объединить чистую энергию Солнца и потенциал электрохимических реакций.

В качестве доказательства жизнеспособности и простоты предложенной концепции Кевин Моэллер демонстрирует "карманный" химический реактор, который работает от обычной солнечной панели стоимостью 6 долл. и производит полезные молекулы и "отходы" в виде водорода.

Если предложение ученого будет принято химической промышленностью, удастся устранить токсичные побочные продукты химического синтеза, снизить нагрузку на экологию и увеличить экономическую выгоду.

В настоящее время синтез органических молекул - огромная индустрия, которая включает в себя множество продуктов: от обезболивающих лекарств до тканей. Все эти материалы производятся в ходе реакции окисления, с помощью которой имеющиеся в наличии молекулы сырья превращаются в необходимое вещество. Во время реакции окисления электрон удаляется из молекулы, но он должен куда-то попадать, и поэтому вместе с окислением всегда присутствует и реакция восстановления, когда электрон присоединяется к другой молекуле. Имена эта, вторая молекула обычно является отходом, который необходимо утилизировать: перерабатывать или отвозить на свалку.

Химики постоянно ищут способы сделать на выходе экологически чистый или полезный побочный продукт, однако это очень непросто. Например, если использовать для окисления кислород, то отходом является вода – экологически чистое вещество. Однако, как и все другие молекулы, кислород имеет потенциал окисления, или готовность принять определенное количество электронов. Поэтому сырье должно иметь окислительный потенциал, который соответствует таковому у кислорода. Естественно, что производственный процесс предполагает на выходе то, что нужно производителю, а не то, что "удобно" окислителю.

Однако существует "универсальная" технология окисления – электрохимия. С помощью электричества можно окислять любые молекулы, просто регулируя характеристики электротока. Кроме того, побочным продуктом электрохимического окисления является водород – экологически чистый газ, который к тому же может служить топливом.

Кевин Моэллер использовал именно электрохимическое окисление, которое он совместил с "дармовой" солнечной энергией. Таким образом получается полностью экологически чистая производственная цепочка с нулевыми выбросами токсичных веществ и отходов.

Прототип химического реактора, разработанного американским ученым, демонстрирует эффективное окисление молекул непосредственно на электроде, который питается от фотоэлектрической панели. В нем не используется никаких химических реагентов, которые нуждаются в утилизации или восстановлении. В качестве примера "конверсии" неэффективной традиционной химической промышленности, Кевин Моэллер приводит производственный процесс окисления алкоголя для производства веществ карбонильной группы. В настоящее время этот процесс использует TEMPO, сложный химический реактив, открытый в 1960-м году. TEMPO стоит дорого и поэтому его восстанавливают с помощью хлорки, но в результате реакции восстановления образуется хлорид натрия, который необходимо утилизировать, что стоит весьма недешево.

"Солнечная" электрохимия Кевина Моэллера преобразует TEMPO с побочным продуктом в виде водорода и, таким образом, существенно экономит деньги и устраняет вредное воздействие на экологию.