Dulliau gwyrddach er mwyn cynhyrchu deunydd diwydiannol a ddefnyddir yn helaeth

Mae gwyddonwyr ym Mhrifysgol Caerdydd wedi cymryd cam tuag at ffordd wyrddach a mwy cynaliadwy o greu’r deunydd plastig a geir mewn ystod o eitemau, gan gynnwys brwsys dannedd, llinynnau gitâr, mewnblaniadau meddygol, deunyddiau adeiladu a chydrannau ceir.

Mewn papur newydd a gyhoeddir heddiw yn y cyfnodolyn Science, mae'r tîm yn rhoi gwybod am ddull newydd sbon o greu cylchohecsanon ocsim, sef yr hyn sy’n cael ei greu cyn y deunydd plastig Nylon-6, sef deunydd adeiladu o bwys a ddefnyddir yn y diwydiant modurol, electronig a meddygol yn ogystal ag awyrennau a dillad.

Amcangyfrifir y bydd tua 9m tunnell o Nylon-6 yn cael ei chynhyrchu yn fyd-eang erbyn 2024. Mae hyn wedi annog gwyddonwyr i chwilio am ffyrdd gwyrddach a mwy cynaliadwy o greu cylchohecsanon ocsim.

Ar hyn o bryd, cynhyrchir cylchohecsanon ocsim yn ddiwydiannol drwy broses sy'n cynnwys hydrogen perocsid (H2O2), amonia (NH3) a chatalydd o'r enw titanosilicad-1 (TS-1).

Mae'r H2O2 a ddefnyddir yn y broses gemegol hon, yn ogystal â llawer o rai eraill, yn cael ei gynhyrchu mewn lleoedd eraill ac mae angen ei gludo i mewn cyn y gellir ei ddefnyddio yn yr adwaith cemegol.

Mae hon yn broses gostus a charbon-ddwys sydd hefyd yn golygu bod angen cludo H2O2 dwys iawn mewn llongau i'r defnyddiwr terfynol cyn ei wanhau. Mae hyn i bob pwrpas yn gwastraffu'r symiau mawr o ynni a ddefnyddir yn ystod y broses grynodi.

Yn yr un modd, yn aml hwyrach bydd y gweithredyddion sefydlogi a ddefnyddir yn aml i gynyddu oes H2O2 yn cyfyngu ar oes yr adweithydd ac yn aml mae’n rhaid eu tynnu oddi yno cyn meddu ar y cynnyrch terfynol, gan arwain at ragor o gostau economaidd ac amgylcheddol.

Er mwyn mynd i'r afael â'r mater hwn, mae'r tîm wedi dyfeisio dull, sef syntheseiddio H2O2 yn y fan a'r lle o ffrydiau gwanedig o hydrogen ac ocsigen, gan ddefnyddio catalydd sy'n cynnwys

nanoronynnau paladiwm aur (AUPD) sydd naill ai'n cael eu llwytho'n uniongyrchol i’r TS-1 neu i gludwr eilaidd.

Mae nanoronynnau, a fesurir yn fras rhwng 1 a 100 nanometr, yn ddeunyddiau hynod ddefnyddiol i'w defnyddio’n gatalyddion oherwydd y gymhareb arwyneb i gyfaint mawr sydd ganddynt o'i gymharu â deunyddiau swmp.

Perfformiwyd y dull yn unol ag amodau y tybiwyd yn flaenorol eu bod yn niweidiol iawn i’r broses o gynhyrchu H2O2 a gall gynhyrchu cynnyrch cylchohecsanon ocsim sy’n debyg i'r rhai a geir mewn prosesau masnachol cyfredol, tra'n osgoi'r anfanteision mawr ynghlwm wrth H2O2 masnachol.

Ar ben hynny, roedd y tîm yn gallu dangos hyblygrwydd y dull hwn drwy gynhyrchu ystod o gemegau diwydiannol pwysig eraill, ac mae modd cymhwyso’r rhain yn eu tro yn eang.

Dyma a ddywedodd prif awdur yr astudiaeth, Dr Richard Lewis yng Nghanolfan Max Planck Caerdydd ar Hanfodion Catalysis Heterogenaidd, yn Sefydliad Catalysis Caerdydd: “Cam cyntaf cadarnhaol yw’r gwaith hwn yn tuag at drawsnewidiadau cemegol penodol sy’n fwy cynaliadwy a hwyrach y bydd yn cymryd lle'r llwybr diwydiannol presennol i gynhyrchu cylchohecsanon ocsim.

“Gellid defnyddio cynhyrchu H2O2 drwy'r dull newydd hwn mewn ystod eang o gymwysiadau diwydiannol eraill sydd ar hyn o bryd yn dibynnu ar ddefnyddio TS-1 a H2O2, a byddai hyn, o bosibl, yn gweddnewid cemeg ocsideiddio diwydiannol.

“Mae hyn yn dangos yn glir y gellir gwneud gwelliannau sylweddol i'r technolegau mwyaf blaenllaw a chyfredol drwy gydweithio academaidd a diwydiannol, gan arwain at arbedion sylweddol o ran costau a lleihau allyriadau nwyon tŷ gwydr yn sgîl proses ddiwydiannol sylweddol”

Arweiniwyd yr astudiaeth gan Brifysgol Caerdydd ar y cyd ag UBE Corporation, Prifysgol Shanghai Jiao Tong, Research Complex yn Harwell, Prifysgol Caerfaddon a Phrifysgol Lehigh.