Onderzoekers van de Technische Universiteit Delft (TU Delft) hebben een katalysator ontwikkeld die in verwaarloosbare hoeveelheden effectief is. Door zijn vorm en duurzaamheid, de katalysator gaat veel langer mee in reacties, veel energie besparen, afval voorkomen en kosten verlagen. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

TU Delft-onderzoeker Evgeny Pidko en zijn groep benaderen chemische reacties met behulp van katalysatoren bijna holistisch. Deze stoffen spelen een belangrijke rol bij het verlagen van de activeringsbarrières voor chemische reacties.

De katalysator is aanwezig in het reactiemengsel, maar maakt geen deel uit van de chemische reactievergelijking. Dus in theorie, katalysatoren zouden voor altijd moeten kunnen werken. In praktijk, echter, scheikundigen zien dat ze na verloop van tijd minder actief worden. Dit betekent dat er een grote hoeveelheid katalysator nodig is om het reactieproces soepel te laten verlopen. De katalysator moet dan uit het reactiemengsel worden verwijderd, wat een duur en vervuilend proces is. Voor de farmaceutische en fijnchemische industrie, het is niet ongebruikelijk dat de productie van één kilogram van het benodigde product ongeveer vijftig kilo afvalproducten oplevert, het is dus een kwestie van enige urgentie om deze chemische processen duurzamer te maken.

Geboorte en dood

De belangrijkste vraag voor het team van Pidko is:onder welke omstandigheden zijn katalysatoren actief, en waarom vergaan ze? Pidko:"Wat we eigenlijk doen, is een katalysator volgen van zijn geboorte tot zijn dood." Dit onderzoek heeft nu geleid tot de ontdekking van een nieuwe katalysator die uitzonderlijk efficiënt is. Zelfs het gebruik van 'homeopathische' hoeveelheden van de katalysator is voldoende om de reactie goed te laten verlopen. Voor hun onderzoek hebben de chemici gebruikten een mangaankatalysator die moleculen hydrogeneert, wat betekent dat een dubbele binding in het molecuul wordt verbroken en waterstof deze plaats in het molecuul inneemt. Deze reactie wordt voornamelijk gebruikt om oliën en vetten te laten stollen.

Pidko:"Om de katalysator effectiever te maken, we speelden rond om meer bindingspunten per molecuul te creëren. We merkten dat de reactie ineens een stuk beter ging." Met behulp van spectroscopie de onderzoekers constateerden dat de nieuwe katalysator ideale eigenschappen heeft. In zijn geactiveerde toestand, het opent om de vereiste reactie te bevorderen. In zijn rusttoestand sluit de middelman zijn tangachtige armen, het beschermen van zijn actieve deel. Uit het onderzoek van het team van Pidko blijkt dat de katalysator tot 200, 000 'cycli." Pidko zegt, "Zelfs bij temperaturen van 120 °C behoudt het zijn integriteit. De werkzaamheid van deze katalysator is zeer uniek." In plaats van de gebruikelijke 1000 ppm (parts per million), er is slechts 5 ppm van de nieuwe katalysator nodig. Door dergelijke minimale hoeveelheden te gebruiken, kan de zuiveringsstap die normaal gesproken nodig is, worden overgeslagen.

De chemische industrie vergroenen

Deze ontwikkeling is een belangrijke stap in de vergroening van de chemische industrie, hoewel het niet meteen kan worden gebruikt in bestaande chemische processen, aangezien verder onderzoek nodig is. Wat deze studie in het veld bijzonder innovatief maakt, is de benadering van katalysatoren. Pidko concludeert, "Het nauwgezet volgen van de hele levenscyclus heeft ons een beter begrip van katalysatoren gegeven en we hopen dat we deze benadering kunnen gebruiken om meer van deze 'homeopathische' katalysatoren te ontwikkelen, die revolutionair zou kunnen zijn voor de chemische industrie."