Projecties van het wereldwijde energieverbruik voorspellen dat steenkool de komende decennia een van 's werelds belangrijkste energiebronnen zal blijven, en een groeiend deel ervan zal worden gebruikt in CTL, de omzetting van steenkool in vloeibare brandstoffen. Onderzoekers van het National Institute of Clean-and-Low-Carbon Energy in Beijing en de Technische Universiteit Eindhoven hebben op ijzer gebaseerde katalysatoren ontwikkeld die de bedrijfskosten aanzienlijk verlagen en de deur openen naar het opvangen van de grote hoeveelheden CO ₂ die worden gegenereerd door CTL. Hun resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Om de betekenis van deze prestatie te begrijpen, enige kennis van het CTL-proces is vereist. De eerste fase is de omzetting van steenkool in syngas, een mengsel van koolmonoxide (CO) en waterstof (H ₂ ). Met behulp van het zogenaamde Fischer-Tropsch-proces, deze componenten worden omgezet in vloeibare brandstoffen. Maar voordat dat kan, de samenstelling van het syngas moet worden gewijzigd om ervoor te zorgen dat het proces resulteert in vloeibare brandstoffen. Dus een deel van de CO wordt uit het syngas verwijderd door het om te zetten in CO ₂ in een proces dat water-gasverschuiving wordt genoemd.

De onderzoekers pakten een belangrijk probleem in Fischer-Tropsch-reactoren aan. Zoals bij de meeste chemische processen, katalysatoren zijn nodig om de reacties mogelijk te maken. CTL-katalysatoren zijn voornamelijk op ijzer gebaseerd. Helaas, ze zetten zo'n 30 procent van de CO om in ongewenste CO ₂ , een bijproduct dat in dit stadium moeilijk op te vangen is en daardoor vaak in grote hoeveelheden vrijkomt, veel energie verbruiken zonder voordeel.

De onderzoekers van Peking en Eindhoven ontdekten dat de CO ₂ afgifte vindt plaats omdat de op ijzer gebaseerde katalysatoren niet zuiver zijn, maar bestaat uit meerdere componenten. Ze waren in staat om een ​​zuivere vorm van een specifiek ijzercarbide te produceren, genaamd epsilon ijzercarbide, die een zeer lage CO . heeft ₂ selectiviteit. Met andere woorden, het genereert bijna geen CO ₂ helemaal niet. Het bestaan ​​was al bekend, maar tot nu toe, het was niet stabiel genoeg geweest voor het harde Fischer-Tropsch-proces. Het Chinees-Nederlandse onderzoeksteam heeft nu aangetoond dat deze instabiliteit wordt veroorzaakt door onzuiverheden in de katalysator. Het fasezuivere epsilon-ijzercarbide dat ze ontwikkelden is, daarentegen, stabiel en blijft functioneel, zelfs onder typische industriële verwerkingsomstandigheden van 23 bar en 250 graden C.

De nieuwe katalysator elimineert bijna alle CO ₂ generatie in de Fischer-Tropsch-reactor. Dit kan de benodigde energie en de bedrijfskosten met ongeveer € 25 miljoen per jaar verlagen voor een typische CTL-installatie. de CO ₂ dat eerder in deze fase vrijkwam, kan nu worden verwijderd in de voorgaande water-gas shift-fase. Dat is goed nieuws, omdat het in deze fase veel gemakkelijker te vangen is. De technologie om dit mogelijk te maken heet CCUS (carbon capture, gebruik en opslag). Het is door andere partijen ontwikkeld en wordt al in meerdere pilot plants toegepast.

De conversie van steenkool naar vloeibare brandstoffen is vooral relevant in steenkoolrijke landen die olie moeten importeren voor hun levering van vloeibare brandstoffen, zoals China en de VS. "We zijn ons ervan bewust dat onze nieuwe technologie het gebruik van fossiele brandstoffen uit steenkool faciliteert. het is zeer waarschijnlijk dat steenkoolrijke landen de komende decennia hun steenkoolreserves zullen blijven exploiteren. Wij willen hen helpen dit op de meest duurzame manier te doen, ", zegt hoofdonderzoeker professor Emiel Hensen van de Technische Universiteit Eindhoven.

De onderzoeksresultaten verminderen waarschijnlijk de inspanningen om CTL-katalysatoren op basis van kobalt te ontwikkelen. Katalysatoren op basis van kobalt hebben geen CO ₂ probleem, maar ze zijn duur en worden al snel een schaars goed door het gebruik van kobalt in batterijen, die goed zijn voor de helft van het totale kobaltverbruik.

Hensen verwacht dat de nieuw ontwikkelde katalysatoren ook een importrol gaan spelen in de toekomstige energie- en basischemie. De grondstof zal geen steenkool of gas zijn, maar afval en biomassa. Syngas blijft het centrale element, omdat het ook het tussenproduct is bij de conversie van deze nieuwe grondstoffen.