Att ta itu med klimatförändringarna kräver omprövning av etablerade kemiska processer på en tidsskala av år snarare än decennier som i traditionella FoU-cykler. I samarbete med BasCat (UniCat BASF JointLab) utvecklade ett team av forskare från teoriavdelningen vid Fritz Haber Institute en accelererad upptäcktsmetod för att identifiera en lovande katalytisk promotorformulering för omvandling av propan till baskemikalien propen.
Upptäckt på några veckor och med färre än 100 utförda experiment, främjade romanen katalysatorn som konkurrerar med dem som upptäckts genom årtionden av forskning. Resultaten, publicerade i ACS Catalysis , inte bara framhäva partnerskapets framgång utan också öppna vägar för en mer effektiv och informerad utveckling av formuleringar för flera promotorer.
Katalys spelar en avgörande roll i den kemiska industrin och påverkar flera aspekter av vardagen, såsom plastproduktion, läkemedelsutveckling och tillverkning av bränslen och gödningsmedel. Katalysatorer påskyndar kemiska reaktioner och förbättrar deras selektivitet till önskade produkter, samtidigt som energiförbrukningen och avfallet minskar.
Även om katalysatorers prestanda och livslängd kan förbättras ytterligare genom att använda promotorer, är identifiering och optimering av dem ofta tråkiga, tidskrävande och kostsamma.
Institutets samarbete med BasCat fokuserar på grundforskning inom området heterogen katalys och särskilt på katalytisk omvandling av kolväten till förädlade produkter.
Teamets forskning föreslog en accelererad upptäcktsmetod som utforskar ett designutrymme med flera promotorer med endast ett begränsat antal experiment, baserat på en effektiv adaptiv design-of-experiment (DoE) experimentplanering och en genomströmningsmaximering genom parallelliserade tester. Designutrymmet omfattade i storleksordningen 20 000 möjliga promotorkombinationer för den icke-oxidativa propandehydreringen till propen, med användning av platina på aluminiumoxid som katalysator.
En uttömmande experimentell testning skulle ha krävt år av forskning. Istället identifierade deras upptäcktsmetod framgångsrikt en lovande ny promotorformulering genom att utföra mindre än 100 experiment på några veckor.
För närvarande är propen en avgörande råvarukemikalie för polymerproduktion och efterfrågan förväntas nå 200 megaton år 2030. Befintliga krackningsprocesser är tyvärr otillräckliga för att möta denna förväntade efterfrågan och nyare kommersiellt tillämpade processer har fortfarande begränsningar för att nå hög produktutbyte .
Följaktligen ses att upptäcka nya kombinationer av högpresterande multipromotorer och få en djupare förståelse för de kemiska mekanismerna bakom deras främjande effekter som avgörande element.
Mer information: Christian Kunkel et al., Systematisk undersökning av ett utrymme för multipromotorkatalysatorkomposition med begränsade experiment:icke-oxidativ propandehydrering till propylen, ACS-katalys (2024). DOI:10.1021/acscatal.4c01740
Journalinformation: ACS-katalys
Tillhandahålls av Max Planck Society
