שיתוק heterogeneous ב- Intersection של התעשייה וה Circularity

המעבר מאנליזת נטילת-הפנית למחזור דורש שינויים יסודיים כיצד אנו מייצרים, משתמשים, ומשחזרים חומרים.השיתוק הטרוגניים – שבו זרזים מוצקים מאיצים תגובות בגז או בשלבים נוזליים – ממוקם ייחודי כדי לאפשר שינוי זה. כי זרזים אלה נשארים ללא שינוי לאחר התגובה, הם יכולים לשמש שוב ושוב, צמצום פסולת כימית ודרישות אנרגיה.

התפקיד של שיתוק heterogeneous בסגירה של לולאות חומריות

עקרונות הכלכלה מעגלית מעדיפות את מניעת הפסולת, יעילות משאבים, ואת חידוש המערכות הטבעיות.הזרזים ההטרוגניים לתרום ישירות על ידי הפעלת שינויים כימיים שהופכים זרמי פסולת למזינים יקרי ערך, על ידי הפיכת תהליכי ייצור נקיים ופחות אנרגיה-רגישים, ועל ידי הפעלת ייצור של דלקים מתחדשים וכימיקלים.

תגובות קטליטיות מתרחשות באתרים פעילים על פני השטח של הזרז.המבנה והקומפוזיציה של אתרים אלה קובעים פעילות,סלקטיביות ויציבות.התקדמות בטכניקות אפיון - כגון ב- situ spectroscopy ומיקרוסקופיות ברזולוציה גבוהה - עכשיו לאפשר לחוקרים לעצב זרזים עם דיוק אטומי, להתאים את הביצועים שלהם עבור משימות ספציפיות כלכלה מעגלית.

מחזור כימי של פלסטיק

פסולת פלסטיק נותרה אחד האתגרים הסביבתיים הדוחקים ביותר. תכונות פולימרים מכניות לאחר כמה מחזורים, הגבלת המעגליות שלה. ⁇ כימית מחזור, לעומת זאת, שובר פולימרים בחזרה לתוך המנומרים שלהם או כימיקלים יקרי ערך, המאפשר שימוש אינסופי של אבני הבניין. heterogeneous זרז הם מרכזי כמה מסלולים מיחזור כימי, כולל שיתוק קטליטי, מימן, הידרוגזה, ו הידרוגזה, הידרוגמית.

pyrolysis קטליטי קובע חומצות מוצקות (למשל, zeolites, silica-alumina) או תחמוצות מתכת כדי לפענח פוליאולfins כגון פוליאתילן ופוליפרופילן בטמפרטורות בינוניות (400-600 מעלות צלזיוס) זרז את התפלגות המוצר לעבר פחמימנים קלים יותר - או פינים כמו eleneleneleneן ו propylene - כי ניתן לשחזר מחקרים אחרים הראו כי הם יכולים להיות ממריצים כמו Czeotraicreicericericials) עם טיפול תרופתיים מתקדמים.

מעבר לפוליולפינים, זרזים מפותחים עבור פוליסטרים (PET) ופולימידים. עבור PET, heterogenelyzed hydrolyzed hydrolysis או גליקוליסוזיס יכול לשחזר חומצה terephthalic ו- ethylene glycol עם סלקציה גבוהה של אנרגיה, נוזלי ionics המוחזק על מוצקים הראו, למרות שעדיין מתקדם על ידי אקלים של 50 קמצמיים חשמליים.

Bio Wastemass Valorization

ביומסה ליגנולוסית – משכונות חקלאיות, פסולת יער, ויבולי אנרגיה ייעודיים – משתפי מקור פחמן מתחדש שיכול להחליף מאובנים.הקטאליזה הטרוגנית חיונית כדי להמיר את הביומסה הזאת לדלקים ביולוגיים טיפתיים, כימיקלים המבוססים על ביומסה ומדורגים.האתגר המרכזי הוא בדהור את הליטנטין השברירי של 150% לרקמות ביולוגיות, אך עשירות של אבני בניין.

הידרוגנס קטליטי (HDO) משתמש בזרזים דו-מתכתיים (למשל, NiMo, CoMo) על תמיכה חומצית להסרת חמצן משמן ביומסה-דריבי, שיפור צפיפות האנרגיה שלהם ויציבות לשימוש כמו דלקי תחבורה.בינתיים, קטליטי מהיר pyrolysis (CFP) של ביומסה על פני zeolites מייצרת הידרוגני ברזל ארומטיים, אם כי הם ישירות שילוב של מערכות ביו-חמצני, כגון זיהומים מהירים.

(החומרים של פלטפורמות כמו 5-hydroxymethylfurfurfural (HMF) וחומצה levulinic ניתן לייצר מסוכרים באמצעות התייבשות על זרזי חומצה מוצקה, ולאחר מכן מימן באמצעות זרז מתכת כדי להניב מונומרים עבור bioplastics (למשל, PEF כתחליף ל- PET) פיתוח של זרזים עמידים עמידים במים, הוא קריטי כאן משום שלעתים קרובות מתרחשת בתנאים בינוניים של 3.

תהליכי ייצור ירוקים

מעבר להמרות פסולת, שיתוק heterogeneous מאפשר ייצור נקי של כימיקלים וחומרים קיימים. שתי דוגמאות בולטות הן חמצון סלקטיבי נמוך ומימן סלקטיבית.בתעשייה הכימית, תהליכים חמצון רבים עדיין להסתמך על רטיכיום סטוכומטי או חמצן בלחץ גבוה, ומייצר כמויות גדולות של תוצרי לוואי.

מימן סלקטיבי הוא אבן הפינה נוספת של ייצור ירוק.המניקים המסורתיים של alkynes, alkenes ו nitro תרכובות לעתים קרובות דורשים לחץ מימן גבוה וטמפרטורות זרז עיצובים - שימוש באטומים בודדים של שיתוק או תרכובות intermetallic - מאפשר שליטה מדויקת על המוצר בתנאים של חומרת שומן.לדוגמה, הפחתת מטרות מעגליות של acetyogenation של acetylene to ethyleneen (שלב חשוב בייצור פולימרי) יכול להיות מושג על ידי שימוש ישיר על ידי זרז אנרגיה גלקטיק.

(המניפולציה דו-חמצני לדלקים סינתטיים היא עוד אזור מטבולד במהירות. זרזים סולידריות המבוססים על קו / ZNO/Al2O3 כבר בשימוש תעשייתי במשך עשרות שנים, אך פורמולות חדשות - כגון In2O3 או CeO2-promoted Systems - פחות משופרות עמידות לסחורות מחוסמות ומדרגות יותר של מים מתחדשים מאלקטרוזה, מספק מסלול CO2F2F:2F2, 000 ל-A2, אשר LT2F, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000

חדשנות נהיגה בדור הבא של מערכות קטליטיות

פריצות דרך האחרונות בעיצוב זרז והנדסה מרחיבים את מה שניתן עבור יישומי כלכלה מעגלית.שלוש מגמות בולטות: nanostructuring, bimetallic ו multimetallic אדריכלות, ולהגדיל את תהליך.

NNNoring and Single-Atom Catalysts

ננוורינג – שליטה במטבוליזם של הזרז – מעלה באופן דרמטי את מספר האתרים הפעילים החשופים ויכול לשנות תכונות אלקטרוניות. nanoparticles עם גודל מבוקר בדיוק (1-5 nm) להציג התנהגות קטליטית שונה מאשר מתכות גדולות, לעתים קרובות עם פעילות גבוהה יותר וסלקטיביות. לדוגמה, חלקיקים של 1.5m על Al2O להראות שש פעמים גבוהות יותר עבור תחלופה של חלקיקים גדולים יותר מאשר חלקיקים (dedduliald) מאשר .

זרז יחיד-אטומים (SACs), שבו אטומים מתכת מבודדים מעוגן על תמיכה, מייצגים את הגבול האולטימטיבי של nanostructuring. SACs לעתים קרובות להציג ליד יעילות אטום-100% וסלקטיביות ייחודית בשל האתרים הפעילים שלהם אחידים. יישומים בכלכלה מעגלית כוללים אלקטרו-טיפה של CO2 כדי לזרז את הנחושת, וסינתזה mmonia באמצעות אלקטרו-כימיקלים באמצעות הפחתה פעילה של מערכת העיכול (Sacc) אך היא עדיין טיפול ביציבות פעילה של פעילות פחמן-S.

מערכות Bmetallic ו- Multimetallic

שילוב של שני מתכות או יותר בזרז יכול לייצר אפקטים סינרגיסטים שאינם ניתנים להשגה עם מתכות בודדות. Bimetallic חלקיקים לעתים קרובות להציג מבנים אלקטרוניים שונים ו זנים lattice, אשר יכול לשפר את הפעילות,סלקטיביות, והתנגדות לפירוק. in plastic מימןoplysis, למשל, תוספת של סנים מדכאים זרזים מתאן ומגדילו את היווצרות של התשואות של צינורות נוזליים, בהשוואה ל- Nimetation.

⁇ גבוהה-entropy (HEAs) המכילה חמישה מתכות או יותר בפרופורציות שוויוניות הם גבול מתפתח.ה חלקיקים הנתמכות פחמן או תחמוצות מציעים שפע של אתרי קטליטיים עם סביבות תיאום שונות, המאפשרים שינויים הדורשים שלבים מרובים על זרז יחיד. תוצאות מוקדמות מצביעים על ביצועים מבטיחים להמיר ביומסה-דרבנים לפחמימנים, תגובה מימן, רדיפת, וחיתוך צעדים.

תהליך העצמת ואינטגרציה

תהליכים קטליטיים חייבים להשתלב במערכות תעשייתיות כדי להשיג את הגודל הדרוש למחזוריות. תהליך העצמת (PI) מנסה לשלב פעולות יחידות מרובות במערכת קומפקטית אחת, צמצום השימוש באנרגיה, טביעת רגל ועלויות הון. זרזים מבניים - כגון מונוליטיות, קצף, ומזכרים - הם מרכזיים ל- PI. לדוגמה, מזכר קטליטי יכול לבצע במקביל רפורמה מימן ותגובה נפרדת של ייצור זה היה פחות יעיל יותר.

מסלול נוסף מבטיח להגביר את המיקרוגל הוא מיקרוגל-אסד מיקרוגל.מממממים את הזרז באופן סלקטיבי (במיוחד אם הוא מכיל פחמן או חלקיקים מגנטיים), המאפשר טמפרטורה מהירה הגדלה ולהפחית חימום חלקי.זה יכול לפצח פסולת פלסטיק לתוך מונומרים בתוך שניות ולא שעות, ואת החום המקומי מצמצם תגובות צד לא רצויות.

אתגרים לאימוץ תעשייתי

למרות ההתקדמות המשמעותית, כמה מחסומים נותרו לפני השיתוק הטרוגני יכולים לחדור במלואם את הכלכלה המעגלית.אתגרים אלה משתרעים על ממדים טכניים, כלכליים ומערכתיים.

(FLT:0 Catalyst Stability and Deactivation: ההרחבה: ההרחבה של הכלכלה המעגלית (FLT:0) Catalyst Stability and Deactivation: ההרחבה: CO2 עם זיהומים - זרזים או זרזים רעים.פיתוח מערכות חזקות שמחזקות פעילות במשך אלפי שעות הוא חיוני. Promising אסטרטגיות כולל באמצעות פגזי מגן (g, סגסוגת מחדש)

(FLT:0) Cost of Catalyst הפקה:FLT:1 מתכות נובלות (Pt, Pd, Ru) מציעים פעילות גבוהה אבל הם נדירים ויקרים. החלפת עם מתכות מכוסות אדמה (Ni, Fe, Co, קו, Cu) הוא עדיפות, אבל הפעילות שלהם ויציבות לעתים קרובות lagping עם כמויות קטנות של מתכות אציליות כדי ליצור ביצועים דו-מטליקלי יכול בדיוק ועלות לראות את השכבות מתקדמות של אלקטרו-אוקסציה.

(FLT:0) זרמי פסולת חדשים: FLT:1 הכלכלה המעגלית רואה את הvalorization של סוגי פסולת מגוונים: פלסטיק מעורב, פסולת אלקטרונית, תערובות טקסטיל, ואפקטים תעשייתיים מורכבים.כל זרם מציג אתגרים קטליטיים ייחודיים.לדוגמה, הדה-צ'ור של PVC במהלך מחזור פלסטיק דורש כי יכול להסיר כלור יקר ללא קורלציה או קירור חומרים אלה יכול להכיל חומרים חשמליים או לשחזר אותם.

(FLT:0) הסלמה ממעבדה לתעשייה: FIRLT:1 החידושים הרבים שעובדים בכורים חד-ממדיים אינם מצליחים לשחזר במפעלי פיילוט רצופים.בעיות כוללות מגבלות העברת חום, זרז בלתי אחיד, והתנגדות להעברת המונים במיטות גדולות יותר.אסטרטגיות דידקל בינוניות - שימוש בדינמיקה נוזלית חישובית, מודלים מתקדמים, ומודולריות - נדרשים לציבור-private, כמו פיתוח של האיחוד האירופי, כמו סימולציה, כמו סימולציה של פרויקטים מתקדמים של קבוצות של קבוצות של קבוצות אוויריות, כמו אנליזה של האיחוד האירופי, כמו אנליזה, כמו אנליזה, כמו אנליזה של קבוצות אווירית, כמו אנליזה של קבוצות אוויריות, כמו שיתוק, כמו אנליזה של האיחוד האירופי, כמו אנליזה של קבוצות של גשר, כמו אנליזה מתקדמת, כמו אנליזה של האיחוד האירופי, כמו אנליזה של אנליזה של קבוצות אווירית, כמו אנליזה של קבוצות אווירית, החל של קבוצות של קבוצות אווירית, כמו אנליזה משולבת, כמו אנליזה של קבוצות של קבוצות של קבוצות אווירית, כמו אנליזה של קבוצות של קבוצות של קבוצות של קבוצות אוויר, כמו אנליזה מתקדמת, כמו אנליזה של קבוצות אווירית, כמו אנליזה של האיחוד האירופי, כמו אנליזה מתקדמת,

מדיניות ושיתוף פעולה: עידוד Catalyst of Change

טכנולוגיה לבדה אינה יכולה להניע את מעבר הכלכלה המעגלית.מדיניות תומכת, תשתיות לאיסוף פסולת ומיין, ושיתוף פעולה על פני שרשרת הערך הן קריטיות.ממשלות יכולות להאיץ אימוץ באמצעות המנדטים לתוכן ממוחזר בפלסטיק, תמריצים מס לתהליכים פחמן נמוך, ומימון למחקר קטליטי.לדוגמה, מחלקת האנרגיה של ארה"ב ותוכנית הפעולה של האיחוד האירופי כוללת במפורש טכנולוגיות ספורטוגניות.

קונסורציונל התעשייה גם מתאגדת לאתגרים משותפים.ה ⁇ הכימית, בראשות הארגון ההולנדי למחקר מדעי יישומי (TNO), מביאה יחד חברות פטרוכימיות, זרז ומעבדי פסולת כדי לבחון תהליכים קטליטיים בקנה מידה פיילוט, בדומה לכך, ה-FLT:0Catalysis's Sports Work GroupF1LT מאפשר החלפת ידע על עיצוב עבור מערכות הפעלה בעלות גישה מהירה יותר.

לבסוף, חינוך ואימון כוח העבודה הם חיוניים. Chemists, מהנדסים כימיים, מפעילי תהליכים זקוקים מיומנויות באופיז זרז, עיצוב כור, וערכת מחזור חיים ליישום פתרונות מעגליים.אוניברסיטאות מגיבים על ידי שילוב של מודולים כלכלה מעגלית לתוך קורסי קטליזה, וכמה פלטפורמות מקוונות מציעים כעת הכשרה מיוחדת בפלסטיקה קטליטית מחזורי ומגימורים ביומסה.

מבט קדימה

שיתוק הטרוגני עומד בלבן של טכנולוגיות רבות של כלכלה מעגלית – פורצות מפלסטיק כדי לבנות אותם מחדש, להפוך את הביומסה לדלקים וחומרים, ומאפשרת ייצור נקי יותר עם פחות פסולת וביקוש אנרגיה נמוך יותר.ההתכנסות של תכנון זרז מתקדם, תהליך העצמת, מדיניות תומכת יוצרת הזדמנות חסרת תקדים להפוך את הטכנולוגיות הללו ליעילות מבחינה מסחרית בתוך העשור הבא.

הצלחה תדרוש השקעה מתמשכת במחקר יסודי, הנדסה ממושמעת בקנה מידה, ונכונות לשתף פעולה בין דיסציפלינות ותעשיות.לחוקרים, המסר ברור: להתמקד ביציבות,סלקטיביות, והפחתה בעלויות תוך שמירה על יישום הסופי בתצוגה.עבור התעשייה, האתגר הוא לאמץ חידושים גם כאשר הם דורשים הוצאות הון ותהליך מחדש עיצוב.