En tunn film av metalloxikarbider på en oxidbärare underlättar reaktionen mellan CO 2 och metan (CH4) för att producera väte (H2) och kolmonoxid (CO). Kredit:Alexey Kurlov, Evgenia Deeva / ETH Zürich
ETH-forskare har utvecklat en katalysator som omvandlar CO 2 och metan effektivt till syntesgas - en blandning av väte och kolmonoxid. Detta kan potentiellt bidra till att producera hållbara bränslen och plaster
I dag, nästan alla bränslen, brännbart material och plast är baserade på fossila kolkällor, som olja, naturgas och kol. Sökandet pågår över hela världen efter sätt att ersätta fossila kolväten med hållbara alternativ. Ett tillvägagångssätt är syntesen av organiska föreningar från de klimatskadliga råvarorna metan (CH4) och CO 2 .
I ett första steg, de två växthusgaserna måste reagera med varandra genom tillförsel av energi. Detta resulterar i en gasformig blandning av energirikt väte (H2) och kolmonoxid (CO), känd som syntesgas.
En forskargrupp ledd av ETH-professorn Christoph Müller och seniorforskaren Alexey Fedorov har nu utvecklat en innovativ katalysator som underlättar omvandlingen av CO 2 och CH4 till syntesgas mycket mer effektivt än tidigare katalysatormaterial.
Syntesgas är ett viktigt källmaterial för den kemiska industrin. Det kan vidarebearbetas till syntetiskt flytande bränsle eller till metanol, som i sin tur fungerar som baskemikalie vid tillverkning av plast.
Mycket aktiv och stabil
Den nya katalysatorn består av extremt tunna metalloxikarbider – eller mer exakt den finaste filmen av metalloxikarbider, bara några atomlager tjocka, stabiliserad på ett oxidstöd. Den kemiska reaktionen mellan CO 2 och metan för att bilda syntesgas sker på dessa tunna skikt.
Dessa plana metalloxikarbider är runt 1, 000 gånger mer aktiva som katalysator än sina föregångare, metallkarbider med en tredimensionell struktur ("bulk"-karbider). Dessutom, de nya katalysatorerna är extremt stabila.
"Konventionella katalysatorer baserade på metallkarbider har nackdelen att de oxiderar i närvaro av CO 2 , och förlorar sin aktivitet som ett resultat, " förklarar Müller, Professor i energivetenskap och teknik vid institutionen för maskin- och processteknik. De nya metalloxikarbiderna har inte denna nackdel.
Att stänga kolets kretslopp
Den katalytiska reaktionen mellan CO 2 och metan för att producera syntesgas är ett viktigt steg mot produktion av hållbara bränslen och baskemikalier. Sedan CO 2 kan hämtas från atmosfären och bara metan kommer från fossila resurser som är miljontals år gamla, sådana syntetiska bränslen och kemikalier kan ha ett lägre koldioxidavtryck än fossila bränslen.
Det är fortfarande en lång väg att gå, innan resultaten gäller i industriell skala. "Vi hoppas att vår nya katalysator kommer att bli ett attraktivt alternativ för produktion av syntesgas, säger Fedorov, forskarassistent i Müllers grupp och medförfattare till studien.
Enligt forskarna, den nya reaktionskatalysatorn skulle särskilt kunna användas för att ersätta dyra ädelmetallkatalysatorer, som de som är baserade på rutenium. Dock, på grund av deras katalytiska egenskaper, atomärt tunna filmer av metalloxikarbider har också potential att öppna upp ett brett utbud av nya applikationer.
