Het toegenomen aanbod en de geoptimaliseerde kosten van aardgas hebben de chemische industrie ertoe aangezet om nieuwe manieren te zoeken om methaan om te zetten, het hoofdbestanddeel van aardgas, aan ethyleen, een koolwaterstof die veel wordt gebruikt in chemische producten zoals plastic. Oxidatieve koppeling van methaan (OCM) is van groot belang als een potentieel efficiënte methode, maar is nog steeds onpraktisch voor commerciële toepassingen, bijvoorbeeld de reactietemperatuur is meer dan 700 graden C, die dure apparatuur met een hoge hittebestendigheid vereisen, wat de productiekosten verhoogt.

Wetenschappers van Waseda University ontdekten een nieuw OCM-reactiemechanisme dat optreedt bij een temperatuur van slechts 150 ° C. De nieuwe katalytische reactie, die zowel een hoge opbrengst als katalytische activiteit vertoonden, werd gedaan in een elektrisch veld, en zou in de toekomst een meer kosteneffectieve methode kunnen bieden om ethyleen te synthetiseren. De bevindingen werden gepubliceerd in de Journal of Physical Chemistry C op 22 januari 2018.

"Het uitvoeren van OCM in een elektrisch veld verlaagde de reactietemperatuur dramatisch, en we zijn erin geslaagd C2-koolwaterstof efficiënt te synthetiseren, inclusief ethyleen, van zuurstof in de atmosfeer met methaan, " zegt Shuhei Ogo, assistent-professor katalytische chemie aan Waseda.

Hij legt uit dat door het aanleggen van een elektrisch veld, de roosterzuurstof van een katalysator wordt geactiveerd en wordt een reactieve zuurstofsoort, zelfs bij temperaturen zo laag als 150 graden C. "Het redoxreactiemechanisme, die het verbruik en de regeneratie van de reactieve zuurstofspecies op het katalysatoroppervlak herhaalt, houdt de katalytische reactiecyclus gaande." Rapporten over een dergelijk fenomeen zijn ongekend, en de resultaten van deze studie worden beschouwd als de eerste in zijn soort ter wereld.

Dit reactiemechanisme kan de productiekosten van ethyleen verlagen omdat warmtebronnen op hoge temperatuur en grootschalige warmtewisselaars overbodig worden, ook de kosten voor faciliteiten en het beheer ervan laag houden. Niet alleen grote fabrikanten, maar kleine tot middelgrote gasbronnen met kleinere productieschalen kunnen ook profiteren van de lagere kosten.

"De bevindingen van deze studie kunnen worden gebruikt voor verschillende soorten katalytische reacties die verlopen via het redoxreactiemechanisme, terwijl het een hoge selectiviteit en stabiliteit biedt, evenals energie-efficiëntie bij lage temperatuur, " voegt Ogo toe.

De onderzoeksgroep is van plan om de zeer actieve en selectieve katalysator in het elektrische veld verder te onderzoeken.