Ny katalysator åbner døren til kuldioxidopsamling ved omdannelse af kul til flydende brændstoffer

Fremskrivninger af verdens energiforbrug forudsiger, at kul vil forblive en af ​​verdens vigtigste energikilder i de kommende årtier, og en voksende andel af det vil blive brugt i CTL, omdannelse af kul til flydende brændstoffer. Forskere fra National Institute of Clean-and-Low-Carbon Energy i Beijing og Eindhoven University of Technology har udviklet jernbaserede katalysatorer, der reducerer driftsomkostningerne væsentligt og åbner døren til at opfange de store mængder CO2 ₂ der er genereret af CTL. Deres resultater er offentliggjort i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

For at forstå betydningen af ​​denne præstation, en vis viden om CTL-processen er påkrævet. Den første fase er omdannelsen af ​​kul til syngas, en blanding af kulilte (CO) og brint (H ₂ ). Ved at bruge den såkaldte Fischer-Tropsch-proces, disse komponenter omdannes til flydende brændstoffer. Men før det kan lade sig gøre, sammensætningen af ​​syngassen skal ændres for at sikre, at processen resulterer i flydende brændstoffer. Så noget af CO fjernes fra syngassen ved at omdanne det til CO ₂ i en proces kaldet vand-gas skift.

Forskerne tacklede et nøgleproblem i Fischer-Tropsch-reaktorer. Som i de fleste kemiske processer, katalysatorer er nødvendige for at muliggøre reaktionerne. CTL-katalysatorer er hovedsageligt jernbaserede. Desværre, de omdanner omkring 30 procent af CO til uønsket CO ₂ , et biprodukt, der i denne fase er svært at fange og derved ofte frigives i store mængder, forbruge meget energi uden gavn.

Beijing og Eindhoven-forskerne opdagede, at CO ₂ frigivelse sker, fordi de jernbaserede katalysatorer ikke er rene, men består af flere komponenter. De var i stand til at producere en ren form af et specifikt jerncarbid, kaldet epsilon jerncarbid, der har en meget lav CO ₂ selektivitet. Med andre ord, det genererer næsten ingen CO ₂ overhovedet. Eksistensen var allerede kendt, men indtil nu, den havde ikke været stabil nok til den barske Fischer-Tropsch-proces. Det kinesisk-hollandske forskerhold har nu vist, at denne ustabilitet er forårsaget af urenheder i katalysatoren. Det fase-rene epsilon jerncarbid, de udviklede, er, derimod stabil og forbliver funktionel, selv under typiske industrielle forarbejdningsforhold på 23 bar og 250 grader C.

Den nye katalysator fjerner næsten al CO ₂ generation i Fischer-Tropsch-reaktoren. Dette kan reducere den nødvendige energi og driftsomkostningerne med ca. €25 millioner om året for et typisk CTL-anlæg. CO ₂ som tidligere blev frigivet i dette trin, kan nu fjernes i det foregående vand-gasskiftetrin. Det er gode nyheder, fordi det er meget nemmere at fange i denne fase. Teknologien til at få dette til at ske kaldes CCUS (carbon capture, udnyttelse og opbevaring). Det er udviklet af andre parter og anvendes allerede i flere pilotanlæg.

Omlægningen af ​​kul til flydende brændstoffer er især relevant i kulrige lande, der skal importere olie til deres forsyning af flydende brændstoffer, som Kina og USA. "Vi er klar over, at vores nye teknologi letter brugen af ​​kul-afledte fossile brændstoffer. det er meget sandsynligt, at kulrige lande vil fortsætte med at udnytte deres kulreserver i de kommende årtier. Vi ønsker at hjælpe dem med at gøre dette på den mest bæredygtige måde, " siger ledende forskerprofessor Emiel Hensen fra Eindhoven University of Technology.

Forskningsresultaterne vil sandsynligvis reducere indsatsen for at udvikle CTL-katalysatorer baseret på kobolt. Koboltbaserede katalysatorer har ikke CO ₂ problem, men de er dyre og bliver hurtigt en knap ressource på grund af brug af kobolt i batterier, som står for halvdelen af ​​det samlede koboltforbrug.

Hensen forventer, at de nyudviklede katalysatorer også vil spille en importrolle i fremtidens energi- og basiskemiindustri. Råmaterialet vil ikke være kul eller gas, men affald og biomasse. Syngas vil fortsat være det centrale element, da det også er mellemproduktet i omdannelsen af ​​disse nye råvarer.