Florian Schrenk (till vänster) och Christoph Rameshan. Kredit:Wiens tekniska universitet
Överallt där produktionen av skadliga växthusgaser inte kan förhindras, bör de omvandlas till något användbart:detta tillvägagångssätt kallas "kolavskiljning och utnyttjande." Särskilda katalysatorer behövs för detta. Hittills har dock problemet varit att det snabbt bildas ett lager av kol på dessa katalysatorer – detta kallas "koksning" – och katalysatorn förlorar sin effekt.
Vid TU Wien togs ett nytt tillvägagångssätt:små metalliska nanopartiklar producerades på perovskitkristaller genom speciell förbehandling. Samspelet mellan kristallytan och nanopartiklarna säkerställer då att den önskade kemiska reaktionen sker utan den fruktade kokseffekten. Forskarna har publicerat sitt arbete i Applied Catalysis B:Environmental .
Torrreformering:Växthusgaser blir syntesgas
Koldioxid (CO2 ) och metan är de två mänskligt skapade växthusgaser som bidrar mest till klimatförändringarna. Båda gaserna förekommer ofta i kombination, till exempel i biogasanläggningar.
"Sk metan dry reforming är en metod som kan användas för att omvandla båda gaserna till användbar syntesgas samtidigt", säger professor Christoph Rameshan från Institutet för materialkemi vid TU Wien. "Metan och koldioxid omvandlas till väte och kolmonoxid - och det är då relativt lätt att producera andra kolväten från dem, ända upp till biobränslen."
Det stora problemet här är stabiliteten hos katalysatorerna:"De metallkatalysatorer som hittills har använts för denna process tenderar att producera små kolnanorör", förklarar Florian Schrenk, som för närvarande arbetar med sin avhandling i Rameshans team. Dessa nanorör avsätts som en svart film på ytan av katalysatorn och blockerar den.
Perovskitekristaller som nyckeln till framgång
TU Wien-teamet har nu skapat en katalysator med fundamentalt olika egenskaper:"Vi använder perovskiter, som är kristaller som innehåller syre, som kan dopas med olika metallatomer", säger Christoph Rameshan. "Du kan till exempel infoga nickel eller kobolt i perovskiten - metaller som också har använts i katalys tidigare."
En speciell förbehandling av kristallen med väte vid cirka 600 °C gör att nickel- eller koboltatomerna kan migrera till ytan och bilda nanopartiklar där. Storleken på nanopartiklarna är avgörande:Framgång har uppnåtts med nanopartiklar med en diameter på 30 till 50 nanometer. Den önskade kemiska reaktionen sker sedan på dessa små korn, men samtidigt förhindrar syret som finns i perovskiten bildandet av kolnanorör.
"Vi kunde visa i våra experiment:Om du väljer rätt storlek på nanopartiklar skapas ingen kolfilm - koksning är inte längre en fara", säger Florian Schrenk. "Dessutom är nanopartiklarna stabila, strukturen på katalysatorn förändras inte, den kan användas permanent."
De nya perovskitkatalysatorerna skulle kunna användas överallt där metan och koldioxid produceras samtidigt – det är ofta fallet när man arbetar med biologiska ämnen, till exempel i biogasanläggningar. Beroende på den valda reaktionstemperaturen kan man påverka sammansättningen av den resulterande syntesgasen. På så sätt kan vidareförädlingen av klimatskadliga växthusgaser till värdefulla produkter bli en viktig byggsten för en hållbar cirkulär ekonomi. + Utforska vidare
