Ny, lavprisalternativ til ethylenproduktion

Det øgede udbud og de optimerede omkostninger til naturgas har skubbet kemiske industrier til at søge nye måder at omdanne metan på, hovedbestanddelen af ​​naturgas, til ethylen, et kulbrinte, der er meget udbredt i kemiske produkter såsom plast. Oxidativ kobling af metan (OCM) er af stor interesse som en potentielt effektiv metode, men er stadig upraktisk til kommercielle applikationer – f.eks. reaktionstemperaturen er over 700 grader C, kræver dyrt udstyr med høj varmebestandighed, hvilket øger produktionsomkostningerne.

Forskere ved Waseda University opdagede en ny OCM-reaktionsmekanisme, der forekommer ved en temperatur så lav som 150 grader C. Den nye katalytiske reaktion, som viste både højt udbytte og katalytisk aktivitet, blev udført i et elektrisk felt, og kunne give en mere omkostningseffektiv metode til at syntetisere ethylen i fremtiden. Resultaterne blev offentliggjort i Journal of Physical Chemistry C den 22. januar, 2018.

"At udføre OCM i et elektrisk felt sænkede reaktionstemperaturen dramatisk, og det lykkedes os effektivt at syntetisere C2 kulbrinte, inklusive ethylen, fra ilt i atmosfæren med metan, " siger Shuhei Ogo, assisterende professor i katalytisk kemi ved Waseda.

Han forklarer, at ved at anvende et elektrisk felt, en katalysators gitterilt aktiveres og bliver til en reaktiv oxygenart, selv ved temperaturer så lave som 150 grader C. "Redoxreaktionsmekanismen, som gentager forbruget og regenereringen af ​​de reaktive oxygenarter på katalysatoroverfladen, holder den katalytiske reaktionscyklus i gang." Rapporter om et sådant fænomen er uden fortilfælde, og resultaterne af denne undersøgelse anses for at være de første af sin art i verden.

Denne reaktionsmekanisme kan sænke produktionsomkostningerne for ethylen, fordi højtemperaturvarmekilder og storskala varmeveksleranordninger bliver unødvendige, holde omkostningerne til faciliteterne og dets forvaltning nede. Ikke kun store producenter, men små til mellemstore gasbrønde med mindre produktionsskalaer kan også drage fordel af de reducerede omkostninger.

"Resultaterne af denne undersøgelse kan bruges til forskellige former for katalytisk reaktion, der forløber ved redoxreaktionsmekanisme, samtidig med at den giver høj selektivitet og stabilitet samt energieffektivitet ved lav temperatur, " tilføjer Ogo.

Forskergruppen planlægger yderligere at undersøge den meget aktive og selektive katalysator i det elektriske felt.