Katalysator for bæredygtig gassyntese

ETH-forskere har udviklet en katalysator, der omdanner CO ₂ og metan effektivt til syntesegas - en blanding af brint og kulilte. Dette kan potentielt være med til at producere bæredygtige brændstoffer og plastik

I dag, næsten alle brændstoffer, brændbart materiale og plast er baseret på fossile kulstofkilder, såsom olie, naturgas og kul. Søgningen er i gang over hele verden efter måder at erstatte fossile kulbrinter med bæredygtige alternativer. En tilgang er syntese af organiske forbindelser fra de klimaskadelige råstoffer metan (CH4) og CO ₂ .

I et indledende trin, de to drivhusgasser skal reagere med hinanden gennem tilførsel af energi. Dette resulterer i en gasformig blanding af energirig brint (H2) og kulilte (CO), kendt som syntesegas.

Et forskerhold ledet af ETH-professor Christoph Müller og seniorforsker Alexey Fedorov har nu udviklet en innovativ katalysator, der letter omdannelsen af ​​CO ₂ og CH4 til syntesegas meget mere effektivt end tidligere katalysatormaterialer.

Syntesegas er et vigtigt kildemateriale til den kemiske industri. Det kan videreforarbejdes til syntetisk flydende brændstof eller til methanol, som igen tjener som basiskemikalie ved fremstilling af plast.

Meget aktiv og stabil

Den nye katalysator består af ekstremt tynde metaloxycarbider - eller mere præcist den fineste film af metaloxycarbider, kun et par atomlag tykke, stabiliseret på en oxidunderstøtning. Den kemiske reaktion mellem CO ₂ og metan til dannelse af syntesegas finder sted på disse tynde lag.

Disse plane metaloxycarbider er omkring 1, 000 gange mere aktive som katalysator end deres forgængere, metalkarbider med en tredimensionel struktur ("bulk"-karbider). Ud over, de nye katalysatorer er ekstremt stabile.

"Konventionelle katalysatorer baseret på metalcarbider har den ulempe, at de oxiderer i nærvær af CO ₂ , og mister deres aktivitet som følge heraf, " forklarer Müller, Professor i Energividenskab og Teknik ved Institut for Mekanik og Procesteknik. De nye metaloxycarbider har ikke denne ulempe.

At lukke kulstofkredsløbet

Den katalytiske reaktion mellem CO ₂ og metan til fremstilling af syntesegas er et vigtigt skridt i retning af produktion af bæredygtige brændstoffer og basiskemikalier. Siden CO ₂ kan hentes fra atmosfæren, og kun metan kommer fra fossile ressourcer, der er millioner af år gamle, sådanne syntetiske brændstoffer og kemikalier kan have et lavere CO2-fodaftryk end fossile brændstoffer.

Der er stadig lang vej igen, før resultaterne gælder i industriel skala. "Vi håber, at vores nye katalysator bliver en attraktiv mulighed for produktion af syntesegas, " siger Fedorov, forskningsassistent i Müllers gruppe og medforfatter til undersøgelsen.

Ifølge forskerne, den nye reaktionskatalysator kunne især bruges til at erstatte dyre ædelmetalkatalysatorer, såsom dem baseret på ruthenium. Imidlertid, på grund af deres katalytiske egenskaber, atomisk tynde film af metaloxycarbider har også potentialet til at åbne op for en lang række nye anvendelser.