Forskare vid ETH Zürich och olje- och gasföretaget Total har utvecklat en ny katalysator som omvandlar CO ₂ och väte till metanol. Erbjuder realistisk marknadspotential, Tekniken banar väg för hållbar produktion av bränslen och kemikalier.

Den globala ekonomin är fortfarande beroende av fossila kolkällor av petroleum, naturgas och kol, inte bara för att producera bränsle, men också som råvara som används av den kemiska industrin för att tillverka plast och otaliga andra kemiska föreningar. Även om ansträngningar har gjorts under en tid för att hitta sätt att tillverka flytande bränslen och kemiska produkter från alternativa, hållbara resurser, dessa har ännu inte kommit längre än nischapplikationer.

Forskare vid ETH Zürich har nu slagit sig ihop med det franska olje- och gasföretaget Total för att utveckla en ny teknik som effektivt omvandlar CO ₂ och väte direkt till metanol. Metanol betraktas som en handelsvara eller bulkkemikalie. Det är möjligt att omvandla det till bränslen och en mängd olika kemiska produkter, inklusive de som idag huvudsakligen bygger på fossila resurser. Dessutom, metanol i sig har potential att användas som drivmedel, i metanolbränsleceller, till exempel.

Nanoteknik

Kärnan i det nya tillvägagångssättet är en kemisk katalysator baserad på indiumoxid, som utvecklades av Javier Pérez-Ramírez, Professor i katalysteknik vid ETH Zürich, och hans team. För bara några år sedan, teamet visade framgångsrikt i experiment att indiumoxid kunde katalysera den nödvändiga kemiska reaktionen. Även på den tiden, det var uppmuntrande att detta genererade praktiskt taget bara metanol och nästan inga andra biprodukter än vatten. Katalysatorn visade sig också vara mycket stabil. Dock, indiumoxid var inte tillräckligt aktiv som katalysator; de stora mängderna som behövs hindrar det från att vara ett kommersiellt gångbart alternativ.

Teamet av forskare har nu lyckats öka aktiviteten hos katalysatorn avsevärt, utan att påverka dess selektivitet eller stabilitet. De uppnådde detta genom att behandla indiumoxiden med en liten mängd palladium. "Mer specifikt, vi infogar några enstaka palladiumatomer i indiumoxidens kristallgitterstruktur, som förankrar ytterligare palladiumatomer till dess yta, genererar små kluster som är avgörande för den anmärkningsvärda prestandan, " förklarar Cecilia Mondelli, en föreläsare i Pérez-Ramírez grupp. Pérez-Ramírez påpekar att, med hjälp av avancerade analytiska och teoretiska metoder, katalys kan nu betraktas som nanoteknik, och faktiskt, projektet visar tydligt att så är fallet.

Den slutna kolcykeln

"Nu för tiden, framställning av metanol i industriell skala sker uteslutande från fossila bränslen, med ett motsvarande högt koldioxidavtryck, " säger Pérez-Ramírez. "Vår teknik använder CO ₂ att producera metanol." Denna CO ₂ kan utvinnas ur atmosfären eller – enklare och mer effektivt – från avgaser som släpps ut från förbränningskraftverk. Även om bränslen syntetiseras från metanolen och sedan förbränns, kompaniet ₂ återvinns och därmed är kolets kretslopp sluten.

Att producera det andra råmaterialet, väte, kräver el. Dock, forskarna påpekar att om denna elektricitet kommer från förnybara källor som vind, sol- eller vattenkraft, den kan användas för att tillverka hållbar metanol och därmed hållbara kemikalier och bränslen.

Jämfört med andra metoder som för närvarande används för att producera gröna bränslen, Pérez-Ramírez fortsätter, denna teknik har den stora fördelen att den nästan är klar för marknaden. ETH Zürich och Total har tillsammans ansökt om patent på tekniken. Total planerar nu att skala upp metoden och potentiellt implementera tekniken i en demonstrationsenhet under de närmaste åren.