agrarszektor.hu • 2024. december 2. 12:32
Az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium (ORNL) kutatói áttörést értek el egy olyan katalizátor fejlesztésében, amely két káros üvegházhatású gázt, a metánt és a szén-dioxidot képes értékes alapanyaggá alakítani. Az új technológia jelentős előrelépést jelenthet a tisztább üzemanyagok és vegyipari alapanyagok előállításában, valamint hozzájárulhat a globális energiabiztonság javításához - közölte a Physorg.
Az ORNL vegyészei által továbbfejlesztett katalizátor a metán száraz reformálásának nevezett reakciót optimalizálja. Ennek során a metánt és a szén-dioxidot szingázzá alakítják át, amely hidrogén és szén-monoxid értékes keveréke. A szingáz kulcsfontosságú alapanyag számos vegyipari termék előállításához, valamint üzemanyagok gyártásához is felhasználható. Felipe Polo-Garzon, az ORNL munkatársa és a Nature Communications folyóiratban megjelent tanulmány társszerzője kiemelte:
A szingáz azért fontos, mert számos tömeges felhasználású vegyi anyag előállításának platformja.
A kutatók által kifejlesztett új katalizátor legfőbb előnye, hogy ellenáll a deaktivációnak, amely korábban gátolta a metán száraz reformálásának ipari léptékű alkalmazását. A reakció ugyanis rendkívül magas, 650 Celsius-fok feletti hőmérsékletet igényel, ami hagyományosan a katalizátorok gyors hatástalanodásához vezetett.
Ilyen magas hőmérsékleten a katalizátorok két inaktiválódási folyamaton mennek keresztül.Az egyik a szintereződés, amelynek során elveszítjük a reakciót végrehajtó felületi helyeket. A másik a koksz képződése - alapvetően szilárd szén, amely megakadályozza, hogy a katalizátor kapcsolatba lépjen a reaktánsokkal.
- magyarázta Polo-Garzon. Az új katalizátor egy zeolitnak nevezett kristályos anyagból áll, amely szilíciumot, alumíniumot, oxigént és nikkelt tartalmaz. A zeolit támogató vázszerkezete stabilizálja a fém aktív helyeket, így ellenállóbbá teszi a katalizátort a magas hőmérsékleten történő lebomlással szemben. Junyan Zhang, a tanulmány másik vezető szerzője kiemelte a zeolit különleges tulajdonságait:
A zeolit olyan összetételű, mint a homok. De a homokkal ellentétben szivacsszerű szerkezete apró pórusokkal van tele, amelyek mindegyike körülbelül 0,6 nanométer átmérőjű. Ha teljesen fel tudnánk nyitni egy zeolitot, hogy feltárjuk a felületét, 1 gramm minta körülbelül 500 négyzetméternyi területet tartalmazna, ami óriási mennyiségű szabad felületet jelentene.
A kutatók hangsúlyozták, hogy az új katalizátor fejlesztése során racionális tervezésre támaszkodtak, nem pedig próbálgatásra. Polo-Garzon szerint:
Nem csak egy katalizátort fejlesztünk ki. Tervezési elveket dolgozunk ki a katalizátorok stabilizálására az ipari folyamatok széles skálájához.
Az új technológia jelentős előrelépést jelenthet a vegyipar számára, hiszen lehetővé teszi két üvegházhatású gáz átalakítását értékes alapanyaggá. Emellett a metán száraz reformálása kevesebb vizet és energiát igényel, mint a jelenleg elterjedt metán gőzreformálása, így környezetvédelmi szempontból is előnyösebb lehet.