W laboratoriach ORNL opracowano katalizator, który skutecznie przekształca metan i dwutlenek węgla w gaz syntezowy (syngaz), cenny surowiec wykorzystywany w produkcji paliw i chemikaliów. Nowatorski katalizator odporny jest na procesy degradacji, co stanowi klucz do sukcesu reakcji suchego reformingu metanu (ang. dry reforming of methane), od dekad nieopłacalnej na skalę przemysłową. Wyniki badań opublikowano w Nature Communications, a ich znaczenie może zmienić krajobraz energetyczny i przemysłowy.
Niesamowity katalizator zamieni gazy cieplarniane w syngaz
Syngaz, będący mieszaniną wodoru i tlenku węgla, jest kluczowym elementem wytwarzania paliw, takich jak benzyna i diesel, zwłaszcza w krajach bez dostępu do ropy. Ponadto, jego składniki znajdują zastosowanie w przemyśle chemicznym, m.in. do produkcji amoniaku (nawozy), metanolu (tworzywa sztuczne, farmaceutyki) oraz wodoru jako czystego paliwa.
Czytaj też: Nowa turbina gazowa z Chin odmieni globalny rynek energetyczny
Tradycyjna metoda produkcji syngazu – reforming parowy metanu – wymaga ogromnych ilości wody i energii, jednocześnie emitując CO2. Z kolei tzw. suchy reforming zużywa zaś dwutlenek węgla i metan, eliminując konieczność użycia wody i redukując emisje.
Dr Felipe Polo-Garzon z ORNL mówi:
Reakcja suchego reformingu metanu brzmi atrakcyjnie, bo przekształca dwa gazy cieplarniane w cenną mieszaninę. Jednak problemem od dziesięcioleci była szybka dezaktywacja katalizatorów w trudnych warunkach reakcji.
Nowy katalizator oparty jest na zeolicie, materiale o porowatej strukturze, który stabilizuje aktywne cząstki niklu. Dzięki silnemu wiązaniu atomów niklu z zeolitem katalizator staje się odporny na dwa kluczowe procesy degradacji: spiekanie (zmniejszenie powierzchni katalizatora w wyniku zlepiania się cząstek metalu) i koksowanie (tworzenie osadów węglowych, które blokują powierzchnię aktywną).
Nowe podejście w syntezie katalizatora pozwoliło usunąć wodę będącą ubocznym produktem procesu, co zwiększyło stabilność niklu w wysokich temperaturach (ponad 650oC). Badania, finansowane przez Departament Energii USA, obejmowały zaawansowane techniki, takie jak spektroskopia rentgenowska i analiza nanostruktur. Prace realizowano m.in. w Brookhaven National Laboratory i Stanford Synchrotron Radiation Lightsource.
Odkrycie może mieć ogromny wpływ na globalne bezpieczeństwo energetyczne i ochronę środowiska. W kolejnych etapach naukowcy planują rozwój nowych formuł katalizatorów, by zwiększyć ich stabilność w szerszym zakresie warunków reakcji. To osiągnięcie nie tylko otwiera nowe możliwości w redukcji emisji gazów cieplarnianych, ale również wspiera przejście do bardziej zrównoważonej gospodarki opartej na czystszych paliwach i chemikaliach.