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Conversion of CO2/H2O to Polyethylene through Cascade Electro-reduction–Polymerisation Catalysis

Projektbeschreibung

Die Umwandlung von CO2 in Kunststoff in einem einzigen Schritt

Die Umwandlung von CO2 in Polyethylen, die häufigste Art von Kunststoff, kann zum Ausgleich atmosphärischer Emissionen beitragen, die für die globale Erwärmung mitverantwortlich sind. Polyethylen ist nicht das umweltfreundlichste Material, allerdings gibt es noch keinen universell einsetzbaren Ersatzstoff. Die Herstellung von Polyethylen aus CO2 würde dessen ökologischen Fußabdruck mindern, indem der Bedarf an fossilen Brennstoffen gesenkt würde. Die Umwandlung von CO2 in Polyethylen ist ein mehrstufiger Prozess, der eine katalytische Umwandlung von CO2 in Ethylen und eine Polymerisation in Polyethylen unter Verwendung von zwei verschiedenen Katalysatoren umfasst. Das EU-finanzierte Projekt CO2Polymerisation plant, einen komplexen Katalysator zu entwickeln, der CO2 direkt durch eine nahtlos integrierte Kaskade katalytischer Reaktionen im wässrigen Medium in Polyethylen umwandeln kann. Um sein Ziel zu erreichen, werden eine quantenchemische Analyse des Reaktionsmechanismus und eine Modellierung der Reaktionsdynamik mit verschiedenen Katalysatoren vorgenommen werden.

Ziel

The global production of polyethylene is over 100 million tones annually. Carbon dioxide is a major cause of global warming but at the same time, it is also an abundant feedstock for hydrocarbon energy fuels. Electrochemical reduction of CO2 into valuable chemical feedstocks such as polyethylene is a highly enticing challenge for simultaneous settling of energy and environmental issues.
Currently, CO2 conversion to polyethylene occurs through an indirect two-step process including CO2 catalytic conversions to ethylene (CO2 hydrogenation) and ethylene to polyethylene (ethylene polymerization) using two different catalysts, separately. The novelty of my research is constructing a bifunctional catalyst for CO2 direct conversion to polyethylene through a cascade of electro-reduction–polymerization catalysis in the presence of water. So far, a catalyst that sequentially transforms CO2 into polyethylene has not yet been presented. Manifold catalysts have been demonstrated as potential candidates for CO2 polymerization to polyethylene. The state-of-the-art catalysts as constituents of the proposed bifunctional catalyst would be Copper and Palladium. Cu is responsible for binding *CO intermediates and converting them into C2H4 and Pd is highlighted for ethylene polymerization after Ziegler-type and metallocene-type catalysts. Using computational software packages, I will develop a multiscale and multiphysics model of direct CO2 electrochemical reduction to polyethylene over Cu-Pd bifunctional catalyst to predict the intermediates and products. To achieve this goal, I will carry out a quantum chemical analysis of the reaction pathway, a microkinetic model of the reaction dynamics, and a continuum model for mass transport of all species through the electrolyte. In parallel, computational achievements will be executed experimentally to produce a creative bifunctional catalyst from merging two different catalysts for the CO2 cascade transformation to polyethylene directly.

Wissenschaftliches Gebiet

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Koordinator

KEMIJSKI INSTITUT
Netto-EU-Beitrag
€ 162 040,32
Adresse
HAJDRIHOVA 19
1000 Ljubljana
Slowenien

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Region
Slovenija Zahodna Slovenija Osrednjeslovenska
Aktivitätstyp
Research Organisations
Links
Gesamtkosten
€ 162 040,32