ETH-onderzoekers hebben een katalysator ontwikkeld die CO . omzet ₂ en methaan efficiënt omgezet in synthesegas - een mengsel van waterstof en koolmonoxide. Dit kan mogelijk bijdragen aan de productie van duurzame brandstoffen en kunststoffen

Vandaag, bijna alle brandstoffen, brandbare stoffen en kunststoffen zijn gebaseerd op fossiele koolstofbronnen, zoals olie, aardgas en kolen. Wereldwijd wordt gezocht naar manieren om fossiele koolwaterstoffen te vervangen door duurzame alternatieven. Een benadering is de synthese van organische verbindingen uit de klimaatbeschadigende grondstoffen methaan (CH4) en CO ₂ .

In een eerste stap, de twee broeikasgassen moeten met elkaar reageren door de inbreng van energie. Hierdoor ontstaat een gasvormig mengsel van energierijke waterstof (H2) en koolmonoxide (CO), bekend als synthesegas.

Een onderzoeksteam onder leiding van ETH-professor Christoph Müller en senior wetenschapper Alexey Fedorov heeft nu een innovatieve katalysator ontwikkeld die de omzetting van CO vergemakkelijkt ₂ en CH4 veel efficiënter om in synthesegas dan eerdere katalysatormaterialen.

Synthesegas is een belangrijk bronmateriaal voor de chemische industrie. Het kan verder worden verwerkt tot synthetische vloeibare brandstof of tot methanol, die op zijn beurt dient als basischemicaliën bij de vervaardiging van kunststoffen.

Zeer actief en stabiel

De nieuwe katalysator bestaat uit extreem dunne metaaloxycarbiden - of beter gezegd de fijnste film van metaaloxycarbiden, slechts een paar atoomlagen dik, gestabiliseerd op een oxidedrager. De chemische reactie tussen CO ₂ en methaan om synthesegas te vormen vindt plaats op deze dunne lagen.

Deze vlakke metaaloxycarbiden zijn ongeveer 1, 000 keer actiever als katalysator dan hun voorgangers, metaalcarbiden met een driedimensionale structuur ("bulk" carbiden). In aanvulling, de nieuwe katalysatoren zijn extreem stabiel.

"Conventionele katalysatoren op basis van metaalcarbiden hebben als nadeel dat ze oxideren in aanwezigheid van CO ₂ , en daardoor hun activiteit verliezen, " legt Muller uit, Hoogleraar Energy Science and Engineering bij de afdeling Mechanical and Process Engineering. De nieuwe metaaloxycarbiden hebben dit nadeel niet.

De koolstofkringloop sluiten

De katalytische reactie tussen CO ₂ en methaan voor de productie van synthesegas is een belangrijke stap op weg naar de productie van duurzame brandstoffen en basischemicaliën. sinds CO ₂ kan worden gewonnen uit de atmosfeer en alleen methaan komt uit fossiele bronnen van miljoenen jaren oud, dergelijke synthetische brandstoffen en chemicaliën kunnen een lagere CO2-voetafdruk hebben dan fossiele brandstoffen.

Er is nog een lange weg te gaan, voordat de resultaten op industriële schaal van toepassing zijn. "We hopen dat onze nieuwe katalysator een aantrekkelijke optie wordt voor de productie van synthesegas, " zegt Fedorov, onderzoeksmedewerker in de groep van Müller en co-auteur van de studie.

Volgens de onderzoekers is de nieuwe reactiekatalysator zou met name kunnen worden gebruikt om dure edelmetaalkatalysatoren te vervangen, zoals die op basis van ruthenium. Echter, vanwege hun katalytische eigenschappen, atomair dunne films van metaaloxycarbiden hebben ook het potentieel om een ​​breed scala aan nieuwe toepassingen te openen.