Kredit:shutterstock
Hokkaido University forskere har skabt en forbedret katalysator til omdannelse af metangas til syngas, en forløber for flydende brændstoffer og grundlæggende kemikalier.
Syngas, også kendt som syntesegas, er en blanding primært fremstillet af kulilte og hydrogen og bruges til fremstilling af polymerer, lægemidler, og syntetisk petroleum. Det fremstilles ved at udsætte metan for vanddamp ved 900 ° C eller højere, gør processen dyr.
Den delvise oxidation af metan til syntese af syntesegasser er mere økonomisk end at bruge damp, men der har været problemer med de katalysatorer, der blev brugt til denne proces. Ædelmetalkatalysatorer, såsom rhodium og platin, er bedre og fungerer ved lavere temperaturer end basismetalskatalysatorer, såsom kobolt og nikkel, men de er også dyrere. De billigere basismetalskatalysatorer kræver temperaturer over 800 ° C, overstiger temperaturområdet for industrielle rustfrie stålreaktorer. De deaktiveres også under reaktionen ved re-oxidation og ophobning af koks, et biprodukt af processen, gør dem dyre på lang sigt.
Lektor Hirokazu Kobayashi, Professor Atsushi Fukuoka, og postdoktor Yuhui Hou, arbejder på Hokkaido University's Institute for Catalysis, det lykkedes at fremstille en katalysator, der kombinerer egenskaberne af både ædelmetaller og uædle metaller. Deres katalysator overvinder de udfordringer, som tidligere undersøgelser står over for med at tilføje en tilstrækkelig lille mængde ædelmetal til basismetalkatalysatoren, så den stadig kan fungere ved lavere temperaturer.
Den foreslåede mekanisme, hvor hydrogenatomerne vælter over på zeolitunderstøttelse, som derefter gør koboltoxidet tilbage til kobolt, holde katalysatoren aktiv. Kredit:Yuhui Hou et al., Kommunikationskemi, 1. august kl. 2018
I undersøgelsen offentliggjort i Kommunikationskemi, holdet genererede med succes små partikler af basismetal -kobolt ved at dispergere dem på en mineralsk aflejring kaldet zeolit. De tilføjede derefter en minut mængde ædelmetal -rhodiumatomer til koboltpartiklerne.
Den nye, kombineret katalysator konverterede med succes 86% methan til syngas ved 650 ° C, samtidig med at dets aktivitet blev opretholdt i mindst 50 timer. Reaktionen oxiderer kobolt til koboltoxid, som er næsten inaktiv. Men fordi rhodium er indeholdt, ædelmetallet danner hydrogenatomer fra metan eller brintmolekyler. Hydrogenatomerne vælter over på støttematerialet, og overstrømningsbrintet gør koboltoxidet tilbage til kobolt. Kobolten kan derefter fortsætte med at fungere som en katalysator. Den høje spredning af kobolt på zeolit forhindrede også dannelse af koks under reaktionen.
Metan har tiltrukket opmærksomhed som kilde til ren energi, da den kun producerer en halv mængde CO2 i forhold til petroleum ved forbrænding. I øvrigt, øget skifergasminedrift har gjort metan til en mere tilgængelig ressource. "Vores katalysator kan effektivt omdanne metan til syngas ved 650 ° C, en meget lavere temperatur end ved konventionelle metoder. Dette kan føre til mere effektiv brug af metan og bidrage til udviklingen af et lavemissionssamfund, "siger Hirokazu Kobayashi.