Forskare hoppas kunna producera råvaran metanol i utkanten av en åker eller på gården med hjälp av förnybar energi. Förutom vind eller sol, vatten och CO2 skulle behövas för att producera råvarorna för den gröna metanolprocessen:kolmonoxid (CO) och väte (H2 ), som reagerar katalytiskt för att bilda metanol.
Detta möjliggörs av en ny katalysator utvecklad i Rostock. En process som bygger på detta gör att fossila råvaror helt undviks. Och den är mycket selektiv och producerar praktiskt taget inga biprodukter.
Katalysatorn är baserad på mangan, som Gordon Neitzel från Leibniz Institute for Catalysis (LIKAT) förklarar:"Metallatomen bildar det katalytiska centret. Den är fixerad och skyddad av en slags ställning, den så kallade liganden."
Som en del av sin doktorsexamen optimerade Gordon Neitzel den molekylära strukturen hos denna ligand och satte sista handen vid katalysatorkomplexet, så att säga. Resultaten publicerades i tidskriften ChemCatChem .
Arbetet ingår i forskningsnätverket E4MeWi. Förkortningen står för "Energie-Effiziente Erneuerbare Energien basierte Methanol-Wirtschaft" (Energy-Efficient Renewable Energy-based Metanol Economy). Projektpartners är CreativeQuantum GmbH i Berlin, Ineratec GmbH i Karlsruhe, Ruhr University Bochum och Bitterfeld-Wolfen Chemical Park.
"En klimatneutral ekonomi, som Förbundsrepubliken Tyskland siktar på till 2045, behöver också baskemikalier," sa Gordon Neitzel.
Metanol behövs för till exempel plaster och hartser som används överallt från möbler till fordonsindustrin. Metanolproduktion, för närvarande 110 miljoner ton per år över hela världen, går traditionellt på naturgas – vid höga tryck på cirka 50 till 100 bar och temperaturer mellan 200 och 300°C, beroende på processen. För varje ton metanol släpper de enorma växterna ut ett och ett halvt ton koldioxid. Det här har ingen framtid.
E4MeWi-projektet syftar till att tillhandahålla ett alternativ till den konventionella processen. Dess kärnelement är katalysatorn, som tillåter H2 och CO för att reagera i ett löst tillstånd för att producera metanol. Kolmonoxiden extraheras först från CO2 .
Mangankatalysatorn som användes för detta utvecklades ursprungligen vid LIKAT i forskargruppen ledd av Dr Kathrin Junge och Prof Dr Matthias Beller. Det möjliggör en helt ny process som halverar trycket och temperaturen som krävs för metanolproduktion.
Dessutom kräver processen inte fossila råvaror, vilket gör katalysatorn till ett nyckelelement i en framtida CO2 - och klimatneutral cirkulär ekonomi. Särskilt som metanol, framställd på ett grönt sätt, också lämpar sig väl som kemiskt lagringsmedium för väte, ett av förhoppningarna med energiomställningen.
Deltagarna i E4MeWi-projektet föreställer sig en anläggning i containerstorlek som använder lokala resurser för hållbart värdeskapande praktiskt taget i utkanten av åkern, på gården eller på gården:vind- och solenergi, CO2 utsläpp från punktkällor och från biogas, plastavfall eller träavfall. CO2 och vatten kombineras initialt för att producera syntesgas, en blandning av väte och kolmonoxid, som omvandlas till metanol med hjälp av den nya katalysatorn.
Gordon Neitzel har avsevärt optimerat den välkända mangankatalysatorn genom att utveckla nya strukturer för liganden som skyddande omger det katalytiskt aktiva centret. "Utan detta skal skulle kolmonoxid attackera manganatomen i mitten av katalysatorn och förstöra den komplexa föreningen." Detta arbete har nu fördubblat reaktionshastigheten vid metanolproduktion.
Detta för projektpartnerna en hel del närmare en ekonomiskt lönsam anläggning. Detta är trots allt också en del av syftet med en sådan decentraliserad produktion:att etablera en helt ny marknad för metanolhandeln och på så sätt främja ekonomiska omvandlingsprocesser.
Mer information: Gordon Neitzel et al, An Improved Manganese Pincer Catalyst for Low Temperature Hydrogenation of Carbon Monoxide to Metanol, ChemCatChem (2023). DOI:10.1002/cctc.202301053
Tillhandahålls av Leibniz Institute for Catalysis
