Onderzoekers van de Washington State University hebben een belangrijke eerste stap gezet in het economisch omzetten van plantaardig materiaal in brandstoffen:voorkomen dat ijzer gaat roesten.

De onderzoekers hebben vastgesteld hoe te voorkomen dat ijzer roest in belangrijke chemische reacties die nodig zijn om plantaardig materiaal om te zetten in brandstoffen, wat betekent dat het goedkope en gemakkelijk beschikbare element kan worden gebruikt voor een kosteneffectieve omzetting van biobrandstoffen.

Onder leiding van Yong Wang, Voiland Distinguished Professor in de Gene en Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, en Shuai Wang van het State Key Laboratory for Physical Chemistry of Solid Surfaces aan de Universiteit van Xiamen, de onderzoekers rapporteren over hun werk op de omslag van het juli-nummer van ACS Katalyse .

Onderzoekers hebben geprobeerd efficiëntere manieren te vinden om brandstoffen en chemicaliën te maken uit hernieuwbare plantaardige bronnen, zoals van algen, gewas afval, of bosresten. Maar, deze biogebaseerde brandstoffen zijn doorgaans duurder met een lagere energiedichtheid dan fossiele brandstoffen.

Een grote hindernis bij het gebruik van plantaardige grondstoffen voor brandstof is dat zuurstof eruit moet worden verwijderd voordat ze kunnen worden gebruikt.

"Je wilt de goedkoopste katalysator gebruiken om de zuurstof te verwijderen, " zei Jean-Sabin McEwen, een co-auteur van het papier en universitair hoofddocent in de Gene en Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering. "IJzer is een goede keuze omdat het super overvloedig is."

Op ijzer gebaseerde katalysatoren zijn veelbelovend voor het kunnen verwijderen van zuurstof, maar omdat het plantaardig materiaal ook zuurstof bevat, het ijzer oxideert, of roest, tijdens de reactie, en dan stopt de reactie met werken. De truc is om het ijzer de zuurstof uit de planten te laten halen zonder zoveel zuurstof op te nemen dat de reactie stopt.

In hun werk, de onderzoekers verankerden hun ijzerkatalysator met een koolstofstructuur die was aangepast om stikstof op te nemen. De structuur wijzigt de eigenschappen van het ijzer, zodat het minder met zuurstof interageert terwijl het het vereiste werk blijft doen om zuurstof uit het plantmateriaal te verwijderen. De onderzoekers gebruikten de stikstof als een soort draaiknop om de interactie van het ijzer met zuurstof af te stemmen.

In een ander recent gepubliceerd artikel in Chemische Wetenschappen geleid door Yong Wang en Junming Sun, een onderzoeksassistent-professor aan de Gene en Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, de onderzoekers ontdekten een duurzame katalysator op ijzerbasis met een dunne koolstof-grafeenlaag eromheen. De grafeenlaag beschermde het ijzer, terwijl cesiumionen de onderzoekers in staat stelden de elektronische eigenschappen ervan af te stemmen op de gewenste reactie.

"We hebben de zuurstofreactie teruggedraaid, Sun zei. "Door ijzer te beschermen en de eigenschappen ervan af te stemmen, deze werken bieden de wetenschappelijke basis voor het gebruik van aarderijk en kosteneffectief ijzer als katalysator voor de omzetting van biomassa."

De onderzoekers werken nu aan een beter begrip van de chemie van de reacties, zodat ze de reactiviteit van de ijzerkatalysatoren verder kunnen verhogen. Ze zullen hun katalysatoren ook moeten proberen met echte grondstoffen in plaats van de modelverbindingen die voor het onderzoek zijn gebruikt. De grondstoffen die van landbouwvelden worden verzameld, zullen ingewikkelder zijn in hun samenstelling met veel onzuiverheden, en de onderzoekers zouden hun katalysator ook moeten integreren in een reeks stappen die worden gebruikt in het conversieproces.

"We proberen de ombouw zo economisch mogelijk te laten verlopen, " Wang zei. "De sleutel is om robuuste katalysatoren te vinden op basis van goedkope, aarde overvloedige elementen. Dit is een eerste stap in die richting."