Een nieuwe test voor industriële katalysatoren, ontwikkeld door chemici van de Universiteit Utrecht, gebruikt fluorescerende moleculen om te laten zien welke van de drie katalysatoren beter werkt dan de andere. Dit maakt het veel gemakkelijker om te werken aan het verbeteren van de katalysatoren, en tegelijkertijd de productieprocessen in de chemische industrie te verduurzamen. De onderzoekers, onder leiding van prof.dr. Bert Weckhuysen, zullen hun resultaten publiceren in Natuurchemie van 5 nov.

In hun onderzoek hebben de chemici uit Utrecht onderzochten de duurzame productie van methanol, een van de bouwstenen voor producten zoals kunststoffen. Duurzame methanol kan worden gesynthetiseerd uit kooldioxide en waterstofgas geproduceerd met behulp van windenergie, zonne-energie of huishoudelijk afval. De katalysator is nodig om ervoor te zorgen dat de reactie zoveel mogelijk methanol en zo min mogelijk bijproducten produceert, op de ideale temperatuur. De samenstelling en porositeit van de katalysator zijn belangrijke aspecten van het proces, maar zo is zijn vorm.

"Wetenschappers bestuderen katalysatoren in hun poedervorm, maar chemische fabrieken gebruiken katalysatoren in hun gevormde vorm, dus we wilden een methode vinden die we konden gebruiken om dergelijke katalysatorlichamen in detail te bestuderen, " legt Bert Weckhuysen uit, hoogleraar katalyse, energie en duurzaamheid aan de Universiteit Utrecht. Daartoe, de onderzoekers brachten een apparaat vergelijkbaar met een pastamachine naar het lab, om katalysatoren in verschillende vormen en maten te produceren.

Prof. Weckhuysen en collega's bestudeerden cellen door delen ervan te 'kleuren' met fluorescerende moleculen. Onder een fluorescentiemicroscoop, ze konden duidelijk zien waar de componenten zich bevinden en hoe ze door de cel bewegen. Weckhuysen en zijn collega's gebruikten dezelfde techniek door fluorescerende moleculen in de katalysator te steken en de resultaten onder een fluorescentiemicroscoop te onderzoeken.

"Je ziet in één oogopslag wat voor effect verschillende vormen hebben, afmetingen en samenstellingen van de katalysator kunnen hebben, " zegt dr. Gareth Whiting, hoofdauteur van de publicatie. Whiting produceerde een hele reeks katalysatoren die verschilden in vorm, samenstelling, en dikte. Vervolgens testte hij hoe goed ze functioneerden bij het omzetten van de grondstoffen in methanol met behulp van de fluorescerende moleculen. Onder een microscoop, hij kon zien hoe goed de moleculen de plaatsen in de katalysatordeeltjes bereikten waar de chemische reactie plaatsvindt. De methanolopbrengst gaf ook aan hoe effectief de katalysatordeeltjes waren.

"Deze resultaten waren verrassend eenvoudig uit te leggen en te voorspellen met behulp van toegankelijkheidsmodellen voor fluorescente sondes, Whiting legt uit. we hebben bewezen dat ons onderzoeksmodel extreem robuust is. Producenten en gebruikers van katalysatoren hebben nu een nieuwe, snel, en gemakkelijke manier om te zien of wijzigingen in het recept of de vorm van een katalysator positieve of negatieve effecten hebben."

Het lab van Bert Weckhuysen staat bekend om de zeer geavanceerde technieken die het ontwikkelt om katalysatoren tijdens een chemische reactie te onderzoeken. "Maar ik geloof dat het belangrijk is om geavanceerde wetenschap te koppelen aan de dagelijkse praktijk, ", zegt Weckhuysen. "Alleen dan kunnen we echt vooruitgang boeken als het gaat om zaken als duurzamere productie van materialen en energie. Plus, het is gewoon zo leuk om vanuit een heel ander perspectief aan dingen te werken."