Grøn methanol til den cirkulære økonomi:Forskere udvikler ny katalysator

Forskere håber at kunne producere råvaren methanol i kanten af ​​en mark eller på gården ved hjælp af vedvarende energi. Ud over vind eller sol, vand og CO₂ ville være nødvendige for at producere råmaterialerne til den grønne methanolproces:kulilte (CO) og brint (H₂ ), som reagerer katalytisk for at danne methanol.

Dette er muliggjort af en ny katalysator udviklet i Rostock. En proces baseret på dette undlader helt fossile råvarer. Og den er meget selektiv og producerer stort set ingen biprodukter.

Katalysatoren er baseret på mangan, som Gordon Neitzel fra Leibniz Institute for Catalysis (LIKAT) forklarer:"Metalatomet danner det katalytiske center. Det er fikseret og beskyttet af en slags stillads, den såkaldte ligand."

Som en del af sin doktorgrad optimerede Gordon Neitzel denne ligands molekylære struktur og satte så at sige prikken over i'et på katalysatorkomplekset. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet ChemCatChem .

Klimaneutral styring med E4MeWi

Arbejdet er en del af forskningsnetværket E4MeWi. Forkortelsen står for "Energie-Effiziente Erneuerbare Energien basierte Methanol-Wirtschaft" (Energy-Efficient Renewable Energy-based Methanol Economy). Projektpartnerne er CreativeQuantum GmbH i Berlin, Ineratec GmbH i Karlsruhe, Ruhr University Bochum og Bitterfeld-Wolfen Chemical Park.

"En klimaneutral økonomi, som Forbundsrepublikken Tyskland sigter mod i 2045, har også brug for basale kemikalier," sagde Gordon Neitzel.

Methanol er nødvendigt til for eksempel plastik og harpiks, som bruges overalt fra møbler til bilindustrien. Methanolproduktion, som i øjeblikket er 110 millioner tons om året på verdensplan, kører traditionelt på naturgas - ved høje tryk på omkring 50 til 100 bar og temperaturer mellem 200 og 300°C, afhængig af processen. For hvert ton methanol udleder de enorme planter halvandet ton kuldioxid. Dette har ingen fremtid.

Reduceret tryk og temperaturkrav

E4MeWi-projektet har til formål at give et alternativ til den konventionelle proces. Dens kerneelement er katalysatoren, som tillader H₂ og CO til at reagere i en opløst tilstand for at producere methanol. Kulmonoxidet udvindes først fra CO₂ .

Mangankatalysatoren, der blev brugt til dette, blev oprindeligt udviklet hos LIKAT i forskningsgruppen ledet af Dr. Kathrin Junge og Prof. Dr. Matthias Beller. Det muliggør en helt ny proces, der halverer det tryk og den temperatur, der kræves til methanolproduktion.

Derudover kræver processen ikke fossile råstoffer, hvilket gør katalysatoren til et nøgleelement i en fremtidig CO₂ - og klimaneutral cirkulær økonomi. Især da methanol, produceret på en grøn måde, også er velegnet som kemisk lagringsmedium for brint, et af håbene i energiomstillingen.

Methanolanlæg i beholderstørrelse

Deltagerne i E4MeWi-projektet forestiller sig et anlæg i containerstørrelse, der bruger lokale ressourcer til bæredygtig værdiskabelse nærmest i kanten af ​​marken, på gården eller på gården:Vind- og solenergi, CO₂ emissioner fra punktkilder og fra biogas, plastaffald eller træaffald. CO₂ og vand kombineres i første omgang for at producere syntesegas, en blanding af brint og carbonmonoxid, som omdannes til methanol ved hjælp af den nye katalysator.

Gordon Neitzel har væsentligt optimeret den velkendte mangankatalysator ved at udvikle nye strukturer for liganden, der beskyttende omgiver det katalytisk aktive center. "Uden denne skal ville carbonmonoxid angribe manganatomet i midten af ​​katalysatoren og ødelægge den komplekse forbindelse." Dette arbejde har nu fordoblet reaktionshastigheden i methanolproduktion.

Dette bringer projektpartnerne en hel del tættere på et økonomisk levedygtigt anlæg. Det er jo også en del af formålet med en sådan decentral produktion:at etablere et helt nyt marked for methanolhandelen og dermed fremme økonomiske omstillingsprocesser.

Flere oplysninger: Gordon Neitzel et al., En forbedret mangantang-katalysator til lavtemperaturhydrogenering af kulilte til methanol, ChemCatChem (2023). DOI:10.1002/cctc.202301053

Leveret af Leibniz Institute for Catalysis