11 januari 2019

Uitstoot kooldioxide sterk verminderd in nieuw chemisch productieproces

Het is scheikundigen van de Universiteit Utrecht gelukt om kobalt in te zetten als katalysator voor de productie van basischemicaliën uit aardgas. Daarmee verlagen zij de kooldioxide-uitstoot in een belangrijke stap van deze chemische omzetting van 50% naar bijna nul. Nature Communications publiceert vandaag de bevindingen van de groep van anorganisch scheikundige Krijn de Jong.

De chemische industrie gebruikt op grote schaal basischemicaliën uit aardolie voor de productie van plastic, medicijnen en oplosmiddelen. Daarbij gaat veel energie verloren voor het opknippen van de lange koolwaterstofmoleculen waaruit aardolie bestaat. De transitie naar het gebruik van aardgas en biomassa als grondstof is in volle gang. Een mogelijke reactieweg daarvoor maakt gebruik van ijzer als chemische katalysator, maar bij dat proces gaat momenteel zo’n 50% van de koolstof verloren in de vorm van CO2.

Kobalt in plaats van ijzer

Een voormalige promovenda van het Debye Instituut voor Nanomaterialen Onderzoek van de Universiteit Utrecht ontdekte dat de CO2-uitstoot nihil is wanneer ze gemodificeerd kobalt gebruikt om de reactie te katalyseren. Anorganisch scheikundige bij de UU Krijn de Jong: “Dit is een doorbraak in de katalysewetenschap en heeft alles te maken met de grootte, vorm, kristalstructuur én oppervlaktecompositie van de nanokobaltdeeltjes.”

Krijn de Jong

Essentiële natrium- en zwaveldeeltjes

Via het tussenproduct ‘synthesegas’, een mengsel van koolmonoxide en waterstof, worden de omstandigheden dusdanig geoptimaliseerd dat de lichte olefines ontstaan. Bij de eerder bekende reactie, met ijzer als katalysator, had dat synthesegas de neiging om voor 50% te veranderen in kooldioxide, en daarnaast zelfs deels weer terug in methaan. Wanneer kobalt als katalysator dient, ontstaan bijna geen kooldioxide en weinig methaan. De Jong: “Op dat oppervlak zitten natrium- en zwaveldeeltjes die essentieel zijn voor het onderdrukken van methaanvorming.”

Grote sprong

De reden dat bovendien de productie van CO2 wordt onderdrukt, is voor de wetenschappers nog een grote vraag. De Jong: “Dat behoeft dan ook nog meer wetenschappelijk onderzoek. Toch is dit resultaat een grote sprong naar commerciële toepassing van kobalt als katalysator voor de productie van basischemicaliën.” De voormalige promovenda Jingxiu Xie, eerste auteur van de publicatie, werkt inmiddels bij BasCat, een gezamenlijk lab van chemiereus BASF en onderzoekscluster UniCat in Berlijn.

 

Publicatie

Promoted cobalt metal catalysts suitable for the production of lower olefins from natural gas

Jingxiu Xie, Pasi P. Paalanen, Tom W. van Deelen, Bert M. Weckhuysen, Manuel J. Louwerse & Krijn P. de Jong

Alle auteurs zijn verbonden aan de Universiteit Utrecht.

Nature Communications, 11 januari 2019