Azokkal a gázokkal igyekeznék megmenteni a Földet, amelyek éppen a pusztulás veszélyét hordozzák.
A környezetbarát megoldás eddig nem bizonyult hatékonynak ipari méretekben, azonban egy új fejlesztés révén most sikerült áthidalni ezt a kihívást, sőt, talán nem csupán egy problémát orvosoltak: az üvegházgázokból tiszta energiahordozó állítható elő.
Az amerikai Oak Ridge laboratórium munkatársai olyan katalizátort fejlesztettek ki, amellyel a szén-dioxidból és metánból úgynevezett száraz reformálással szintézisgáz állítható elő. A szintézisgáz hidrogén és szénmonoxid keveréke és egy sor vegyipari alkalmazása van, de mivel robbanékony is a történelem során előfordult, hogy üzemanyagként is használták, benzin helyettesítésére.
A szén-dioxid és a metán olyan jól ismert üvegházhatású gázok, amelyek hozzájárulnak a globális felmelegedéshez. Az eljárás egyik legnagyobb előnye, hogy ezeket a káros anyagokat innovatív módon energiaforrássá alakítja. A siker titka egy új típusú katalizátor, amely lehetővé teszi e gázok hatékony hasznosítását.
A katalizátorok olyan különleges anyagok, amelyek képesek kémiai reakciókat generálni a megfelelő környezeti feltételek mellett, miközben kémiai kötések létrehozásával vagy azok lebontásával manipulálják az anyagok közötti interakciókat. Például, a robbanómotoros járművek kipufogógázainak összetevőit átalakítják, így csökkentve a káros anyagok kibocsátását. A katalizátorok hatékonysága leginkább akkor érvényesül, ha minél nagyobb felületen érintkeznek a reakcióban részt vevő anyagokkal, hiszen ezáltal fokozzák a reakció sebességét és eredményességét.
A szintézisgáz előállításának számos megközelítése létezik, ám a ipari gyakorlatban legelterjedtebb eljárás a gőz és metán kombinációjára épül. Ez a módszer jelentős vízfogyasztással jár, továbbá szén-dioxid kibocsátást is eredményez. Egy ígéretes alternatíva lehetne a vízmentes, úgynevezett száraz reformáció, de ennek kutatása sajnos eddig zsákutcába jutott.
Ez a folyamat rendkívül izgalmas, mivel két üvegházhatású gázt alakítunk át egy értékes keverékké. Azonban évtizedek óta ismert kihívás, hogy a reakció során alkalmazott katalizátorok a környezeti feltételek hatására gyorsan elveszítik hatékonyságukat, így ipari alkalmazásra nem megfelelőek.
- Az új katalizátor fejlesztésén dolgozó csapat egyik tagja, Felipe Polo-Garzon, így fogalmazott:
Az eddig ismert katalizátor az átalakuláshoz szükséges 650 Celsius fokos hőmérsékleten olvasni és csomósodni kezdett, így elveszítette a felületét, eközben a szénhidrogének átalakulása során gyakori módon szén lerakódás is keletkezett, ami tovább rontotta a hatásfokot.
A véletlenre bízás helyett tudatos és racionális tervezésre támaszkodtunk. Célunk nem csupán egyetlen katalizátor kifejlesztése volt, hanem olyan műszaki koncepciók kidolgozása, amelyek lehetővé teszik a stabil katalizátorok előállítását, széleskörű ipari folyamatokban történő alkalmazásra.
- Emelte ki Polo-Garzon.
Az újonnan kifejlesztett katalizátor egy különleges, zeolitos kristályos anyagot használ, amely szilíciumot, alumíniumot, oxigént és nikkelt tartalmaz. A nikkel atomok az alumínium atomok helyére lépnek be, és a kristály erős kötéseinek köszönhetően rendkívül magas hőmérsékleten is megőrzi stabilitását.
A kutató csoport tagja Junyan Zhang rámutatott, hogy a zeolit egy homokszerű anyag, ugyanakkor szivacsos szerkezete miatt mindössze egy gramm anyag belső felülete 500 négyzetméter lehet.
A szintézisgázt alkotó hidrogén felhasználható zöld üzemanyagként vagy ammónia előállítására. A gázból metanol vagy alkohol állítható elő, ami tovább hasznosítható műanyag vagy gyógyszerek gyártásához. A metanol emellett kiváló hidrogén hordozó, így lehetővé teszi a hidrogén egyszerű és biztonságos szállítását.
Az Oak Ridge National Laboratory, amely 1943-ban jött létre, az amerikai energiaügyi minisztérium legrégebbi és legnagyobb kutatóintézete. Az itt végzett kutatások során kifejlesztett új katalizátor jelentős előrelépést hoz az energiabiztonság, valamint a tiszta üzemanyagok és vegyipari alapanyagok előállítása terén.
A szakértők a jövőben azon fognak munkálkodni, hogy a katalizátor működéséhez szükséges feltételeket rugalmasabbá tegyék.
