Lavpriskatalysator hjælper med at omdanne havvand til brændstof i stor skala

Søværnets søgen efter at drive sine skibe ved at omdanne havvand til brændstof er et skridt nærmere.

University of Rochester kemiingeniører, i samarbejde med forskere ved Søværnets Forskningslaboratorium, University of Pittsburgh, og OxEon Energy, har vist, at en kalium-fremmede molybdæncarbid-katalysator effektivt og pålideligt omdanner kuldioxid til kulilte, et kritisk trin i processen.

"Dette er den første demonstration af, at denne type molybdæncarbidkatalysator kan bruges i industriel skala, " siger Marc Porosoff, assisterende professor i kemiteknik ved Rochester. I et papir i Energi- og miljøvidenskab , forskerne beskriver en udtømmende række eksperimenter, de udførte ved molekylær, laboratorie- og pilotskalaer for at dokumentere katalysatorens egnethed til opskalering.

Hvis flådens skibe kunne skabe deres eget brændstof fra det havvand, de rejser igennem, de kunne forblive i kontinuerlig drift. Bortset fra et par atomdrevne hangarskibe og ubåde, de fleste flådens skibe skal med jævne mellemrum justere sig sammen med tankskibe for at genopfylde deres brændselsolie, hvilket kan være svært i hårdt vejr. I 2014 et hold fra Naval Research Laboratory ledet af Heather Willauer annoncerede, at det havde brugt en katalysator til at udvinde kuldioxid og brint fra havvand og derefter omdanne gasserne til flydende kulbrinter med en effektivitetsgrad på 92 procent.

Siden da har fokus været på at øge effektiviteten af ​​processen og opskalere den til at producere brændstof i tilstrækkelige mængder.

Kuldioxiden udvundet fra havvand er ekstremt vanskelig at omdanne direkte til flydende kulbrinter med eksisterende metoder. Så, det er nødvendigt først at omdanne kuldioxid til kulilte via reaktionen omvendt vand-gasskifte (RWGS), som derefter kan omdannes til flydende kulbrinter via Fischer-Tropsch syntese (FTS). Typisk, Katalysatorer til RWGS indeholder dyre ædelmetaller og deaktiveres hurtigt under reaktionsbetingelser. Imidlertid, den kaliummodificerede molybdæncarbid-katalysator er syntetiseret fra lavpriskomponenter og viste ingen tegn på deaktivering under kontinuerlig drift af 10-dages pilot-skala undersøgelse.

Det er derfor denne demonstration af molybdæncarbidkatalysator er vigtig.

Porosoff, som først begyndte at arbejde på projektet, mens han tjente som postdoktoral forskningsmedarbejder med Willauers team, opdagede, at tilsætning af kalium til en molybdæncarbidkatalysator understøttet på en overflade af gamma-aluminiumoxid kunne tjene som en lav pris, stabil, og meget selektiv katalysator til omdannelse af kuldioxid til kulilte under RWGS.

Kalium sænker energibarrieren forbundet med RWGS-reaktionen, mens gamma-aluminiumoxid-mærket med riller og porer, meget som en svamp – hjælper med at sikre, at molybdæncarbidkatalysatorpartiklerne forbliver spredt, maksimering af det tilgængelige overfladeareal til reaktion, siger Porosoff.

For at afgøre, om kalium-promoveret molybdæncarbid også kan være nyttig til at opsamle og omdanne kuldioxid fra kraftværker, laboratoriet vil udføre yderligere eksperimenter for at teste katalysatorens stabilitet, når den udsættes for almindelige forurenende stoffer, der findes i røggas, såsom kviksølv, svovl, cadmium og klor.