Wetenschappers van de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hebben een platina katalysator ontwikkeld met een bijzondere coating van gesmolten, basische alkalizouten. Deze ‘zoute’ katalysatoren bespoedigen de omzetting van methanol in waterstof sterk en verhogen de selectiviteit van de reactie.
De wetenschappers hebben hun resultaten gepubliceerd in het vaktijdschrift „Angewandte Chemie“ (Int. Ed. 2013, 52(19), 5028-5032). ‘Zoute’ katalysatoren maken opslag van hernieuwbare energieën eenvoudiger.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Wind- en solarenergiecentrales wekken vaak meer op dan er wordt gebruikt. Daarom is het belangrijk om deze energie zodanig op te slaan, dat het weer gemakkelijk en snel bruikbaar kan worden gemaakt. Opslag van waterstof in de vorm van methanol is een veelbelovende technologie. Daarvoor is een krachtige reactieversneller nodig, om de waterstof terug te winnen als de energie weer nodig is.
De verschillen in geproduceerde energiehoeveelheden vormen een elementair probleem bij het gebruik van hernieuwbare bronnen voor de energieopwekking. Er wordt alleen energie opgewekt, als de zon schijnt of er voldoende wind is. Wanneer er veel energie beschikbaar komt is niet te voorspellen. Een oplossing voor dit probleem is om de verkregen energie in de vorm van waterstof op te slaan in methanol .
Water wordt met een simpele chemische reactie (elektrolyse) opgesplitst in waterstof en zuurstof. In de volgende stap laat men dan de waterstof reageren met kooldioxide en ontstaat er methanol en water. Het vloeibare methanol (een alcohol) kan worden opgeslagen in tanks. Op een later tijdstip kan de waterstof weer vrijkomen en als brandstof voor brandstofcellen dienen.
Het proces, waarbij waterstof uit methanol vrijkomt, noemt men damp-reformeren. Deze stap is het omgekeerde van de methanolvorming. Het geproduceerde gas mag slechts een geringe hoeveelheid kooldioxide bevatten, omdat dit gas in hogere concentraties giftig is voor de katalysator, die na de brandstofcel is gepositioneerd. De gebruikte katalysator moet bij zo laag mogelijke temperaturen werken om ook economisch gebruik bij kleine en decentrale installatie mogelijk te maken.
De teams rond prof. dr. Peter Wasserscheid en prof. dr. Jörg Libuda van de FAU hebben nu gezamenlijk zo’n verbeterde katalysator ontwikkeld. Het gaat hierbij om platina nanopartikels, die op een aluminium drager zijn aangebracht. De clou: het oppervlak is gecoat met een dunne laag basisch zout.
Vloeibare zouten verdampen niet onder de gekozen reactie omstandigheden, zodat ze tijdens de dampreformering op het oppervlak van de katalysator blijven zitten en de actieve metalen kernen permanent actieveren. De coating van zout zorgt, dat de gevormde waterstof snel wordt afgevoerd uit de reactiezone en nog meer methanol sneller kan worden omgezet. Bovendien is het zout hygroscopisch en zorgt voor beschikbaar water, wat nodig is voor de reactie op de actieve plaatsen van de katalysator.
De alkalische ionen zorgen voor een sterke binding bij het tussenproduct koolmonoxide in de katalysator, wat de waarschijnlijkheid van de vervolgreactie tot kooldioxide verhoogt. In vergelijking met niet gecoate materialen levert de gecoate katalysator een beduidend hogere katalytische activiteit naast een verbeterde selectiviteit. De selectiviteit voor kooldioxide en waterstof stijgt onder gelijke omstandigheden van 60 tot ruim 99 %.
De wetenschappers
Prof. dr. Peter Wasserscheid is hoofd van de afdeling chemische reactietechniek aan de FAU. Hij is woordvoerder op het gebied van “katalytische materialen” van het Erlanger Exzellenzcluster „Engineering of Advanced Materials“ en bewerkt een „Advanced Investigator Grant“ van de Europese onderzoeksraad over het thema „Dehydrierkatalyse mit salzbeschichteten Katalysatoren“ in het kader van de beschreven onderzoeken.
Prof. dr. Jörg Libuda is professor voor Physikalische Chemie aan de FAU. Hij leidt meerder deelprojecten van het Erlanger Exzellenzcluster „Engineering of Advanced Materials“ en andere projecten binnen nationale en Europese netwerken. De focus van zijn wetenschappelijk werk wordt gevormd door studiemodellen en spectroscopische onderzoeken van energierelevante katalysatoren en materialen.
Meer informatie: Prof. Dr. Peter Wasserscheid tel. 09131 85-27420, Prof. Dr. Jörg Libuda tel. 09131 85-27308
