Onderzoekers van de Universiteit van Stockholm hebben voor het eerst het oppervlak van een koper-zinkkatalysator kunnen bestuderen wanneer koolstofdioxide wordt gereduceerd tot methanol. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science . Een betere kennis van het katalytische proces en de mogelijkheid om nog efficiëntere materialen te vinden, opent de deur voor een groene transitie in de chemische industrie.

Methanol is momenteel een van de belangrijkste petrochemische basischemicaliën, met een jaarlijkse productie van 110 miljoen ton, en kan worden omgezet in tienduizenden verschillende producten en worden gebruikt voor de vervaardiging van bijvoorbeeld kunststoffen, wasmiddelen, geneesmiddelen en brandstoffen . Methanol heeft ook de potentie om een ​​toekomstige energiedrager te worden waar bijvoorbeeld vliegtuigbrandstof kan worden geproduceerd met afgevangen kooldioxide en waterstof uit elektrolyse van water in plaats van met aardgas. Een toekomstige groene transformatie van de chemische industrie, vergelijkbaar met die met groen staal, waarbij wind- of zonne-energie elektrolytische cellen aandrijft, behoort dus tot de mogelijkheden.

"De uitdaging was om het katalysatoroppervlak experimenteel te onderzoeken met oppervlaktegevoelige methoden onder echte reactieomstandigheden bij relatief hoge drukken en temperaturen. Die omstandigheden zijn al vele jaren niet haalbaar en verschillende hypothesen over zink dat beschikbaar is als oxide, metallisch of in legering met koper ontstond maar kon niet eenduidig ​​worden geverifieerd", zegt Anders Nilsson, hoogleraar chemische fysica aan de Universiteit van Stockholm.

"Het is fantastisch dat we na vele jaren van inspanning licht hebben kunnen werpen op dit complexe onderwerp van methanolvorming over een koper-zinkkatalysator", zegt Peter Amann, eerste auteur van de publicatie.

"Het bijzondere is dat we in Stockholm een ​​foto-elektronenspectroscopie-instrument hebben gebouwd waarmee we katalysatoroppervlakken onder hoge druk kunnen onderzoeken en daardoor direct kunnen observeren wat er gebeurt als de reactie plaatsvindt", zegt David Degerman, Ph.D. student chemische fysica aan de universiteit van Stockholm. "We hebben een nieuwe deur geopend naar katalyse met ons nieuwe instrument."

"We zijn erin geslaagd ons instrument te gebruiken om aan te tonen dat zink direct aan het oppervlak met koper is gelegeerd en dit zorgt voor speciale atomaire locaties waar methanol wordt gemaakt uit koolstofdioxide", zegt Chris Goodwin, onderzoeker in Chemical Physics aan de Universiteit van Stockholm. "Tijdens industriële processen wordt een kleine hoeveelheid koolmonoxide gemengd, waardoor de vorming van zinkoxide uit kooldioxide wordt voorkomen."

"Het was cruciaal om ons Stockholm-instrument bij een van de helderste röntgenbronnen ter wereld bij PETRA III in Hamburg te hebben", zegt Patrick Lömker, postdoc aan de universiteit van Stockholm. "We kunnen ons nu de toekomst voorstellen met nog helderdere bronnen wanneer de machine upgradet naar PETRA IV."

"We hebben nu de tools om onderzoek te doen dat leidt tot mogelijke andere katalysatormaterialen die beter kunnen worden gebruikt om samen met elektrolyse-geproduceerde waterstof te passen voor de groene transitie van de chemische industrie, die vandaag volledig fossiel is en goed is voor 8% van de wereldwijde uitstoot van kooldioxide", zegt Anders Nilsson. + Verder verkennen

Methanolsynthese:inzicht in de structuur van een raadselachtige katalysator