Genbrug af drivhusgasser:Nanopartikler på perovskitkrystaller undgår kokseffekt

Hvor som helst produktionen af ​​skadelige drivhusgasser ikke kan forhindres, bør de omdannes til noget nyttigt:denne tilgang kaldes "kulstoffangst og -anvendelse." Der er brug for specielle katalysatorer til dette. Indtil nu har problemet imidlertid været, at der hurtigt dannes et lag kulstof på disse katalysatorer - det kaldes "koksning" - og katalysatoren mister sin virkning.

På TU Wien blev der taget en ny tilgang:små metalliske nanopartikler blev fremstillet på perovskitkrystaller gennem særlig forbehandling. Samspillet mellem krystaloverfladen og nanopartiklerne sikrer så, at den ønskede kemiske reaktion finder sted uden den frygtede kokseffekt. Forskerne har offentliggjort deres arbejde i Applied Catalysis B:Environmental .

Tørreformering:Drivhusgasser bliver til syntesegas

Kuldioxid (CO₂ ) og metan er de to menneskeskabte drivhusgasser, der bidrager mest til klimaforandringerne. Begge gasser forekommer ofte i kombination, for eksempel i biogasanlæg.

"Såkaldt methan dry reforming er en metode, der kan bruges til at omdanne begge gasser til nyttig syntesegas på samme tid," siger professor Christoph Rameshan fra Institut for Materialekemi ved TU Wien. "Metan og kuldioxid omdannes til brint og kulilte - og det er så relativt nemt at producere andre kulbrinter fra dem, helt op til biobrændstoffer."

Det store problem her er stabiliteten af ​​katalysatorerne:"De metalkatalysatorer, der hidtil er blevet brugt til denne proces, har en tendens til at producere bittesmå kulstofnanorør," forklarer Florian Schrenk, som i øjeblikket arbejder på sin afhandling i Rameshans team. Disse nanorør aflejres som en sort film på overfladen af ​​katalysatoren og blokerer den.

Perovskite-krystaller som nøglen til succes

TU Wien-teamet har nu skabt en katalysator med fundamentalt forskellige egenskaber:"Vi bruger perovskiter, som er krystaller, der indeholder oxygen, som kan dopes med forskellige metalatomer," siger Christoph Rameshan. "Du kan f.eks. indsætte nikkel eller kobolt i perovskitten - metaller, som også er blevet brugt i katalyse før."

En særlig forbehandling af krystallen med brint ved omkring 600 °C gør det muligt for nikkel- eller koboltatomerne at migrere til overfladen og danne nanopartikler der. Størrelsen på nanopartiklerne er afgørende:Der er opnået succes med nanopartikler med en diameter på 30 til 50 nanometer. Den ønskede kemiske reaktion finder så sted på disse små korn, men samtidig forhindrer ilten i perovskitten dannelsen af ​​kulstofnanorør.

"Vi var i stand til at vise i vores eksperimenter:Hvis du vælger den rigtige størrelse af nanopartikler, dannes der ingen kulstoffilm - koksdannelse er ikke længere en fare," siger Florian Schrenk. "Desuden er nanopartiklerne stabile, strukturen af ​​katalysatoren ændres ikke, den kan bruges permanent."

De nye perovskitkatalysatorer kunne bruges overalt, hvor der produceres metan og kuldioxid samtidigt - det er ofte tilfældet, når man har at gøre med biologiske stoffer, for eksempel i biogasanlæg. Afhængigt af den valgte reaktionstemperatur kan man påvirke sammensætningen af ​​den resulterende syntesegas. På den måde kan den videre forarbejdning af klimaskadelige drivhusgasser til værdifulde produkter blive en vigtig byggesten for en bæredygtig cirkulær økonomi. + Udforsk yderligere

Ny katalysator for lavere kuldioxidemissioner