De zoektocht van de marine om haar schepen van stroom te voorzien door zeewater in brandstof om te zetten, is een stap dichter bij vervulling.

Chemische ingenieurs van de Universiteit van Rochester, in samenwerking met onderzoekers van het Naval Research Laboratory, de Universiteit van Pittsburgh, en OxEon-energie, hebben aangetoond dat een door kalium gestimuleerde molybdeencarbidekatalysator efficiënt en betrouwbaar kooldioxide omzet in koolmonoxide, een cruciale stap in het proces.

"Dit is de eerste demonstratie dat dit type molybdeencarbidekatalysator op industriële schaal kan worden gebruikt, " zegt Marc Porosoff, assistent-professor chemische technologie in Rochester. In een paper in Energie en milieuwetenschappen , beschrijven de onderzoekers een uitputtende reeks experimenten die ze hebben uitgevoerd op moleculaire, laboratorium- en proefschalen om de geschiktheid van de katalysator voor opschaling te documenteren.

Als marineschepen hun eigen brandstof konden maken uit het zeewater waar ze doorheen reizen, ze konden continu in bedrijf blijven. Afgezien van enkele nucleair aangedreven vliegdekschepen en onderzeeërs, de meeste marineschepen moeten zich periodiek naast tankschepen opstellen om hun stookolie aan te vullen, wat lastig kan zijn bij slecht weer. In 2014, een Naval Research Laboratory-team onder leiding van Heather Willauer kondigde aan dat het een katalysator had gebruikt om kooldioxide en waterstof uit zeewater te halen en de gassen vervolgens met een efficiëntie van 92 procent in vloeibare koolwaterstoffen had omgezet.

Sindsdien ligt de focus op het verhogen van de efficiëntie van het proces en het opschalen om brandstof in voldoende hoeveelheden te produceren.

Het uit zeewater gewonnen kooldioxide is met bestaande methoden uiterst moeilijk direct om te zetten in vloeibare koolwaterstoffen. Dus, het is noodzakelijk om eerst kooldioxide om te zetten in koolmonoxide via de reverse water-gas shift (RWGS) reactie, die vervolgens kunnen worden omgezet in vloeibare koolwaterstoffen via Fischer-Tropsch-synthese (FTS). Typisch, katalysatoren voor RWGS bevatten dure edelmetalen en deactiveren snel onder reactieomstandigheden. Echter, de met kalium gemodificeerde molybdeencarbidekatalysator is gesynthetiseerd uit goedkope componenten en vertoonde geen tekenen van deactivering tijdens continu bedrijf van de 10-daagse pilot-schaalstudie.

Daarom is deze demonstratie van molybdeencarbidekatalysator belangrijk.

Porosoff, die voor het eerst aan het project begon te werken terwijl hij als postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij Willauer's team werkte, ontdekte dat het toevoegen van kalium aan een molybdeencarbidekatalysator op een oppervlak van gamma-aluminiumoxide zou kunnen dienen als een goedkope, stal, en zeer selectieve katalysator voor het omzetten van kooldioxide in koolmonoxide tijdens RWGS.

Het kalium verlaagt de energiebarrière die gepaard gaat met de RWGS-reactie, terwijl het gamma-aluminiumoxide - gemarkeerd met groeven en poriën, net als een spons—helpt ervoor te zorgen dat de molybdeencarbide-katalysatordeeltjes gedispergeerd blijven, het maximaliseren van het beschikbare oppervlak voor reactie, zegt Porosoff.

Om te bepalen of kalium-gepromoveerd molybdeencarbide ook nuttig kan zijn voor het afvangen en omzetten van kooldioxide uit energiecentrales, het laboratorium zal verdere experimenten uitvoeren om de stabiliteit van de katalysator te testen wanneer deze wordt blootgesteld aan veelvoorkomende verontreinigingen die worden aangetroffen in rookgas zoals kwik, zwavel, cadmium en chloor.