ett grönare, enklare sätt att skapa syngas
UCLA-och Risforskare utvecklar ny metod för att producera vital industrigas
forskare från UCLA Samueli School of Engineering, Rice University och UC Santa Barbara har utvecklat ett enklare och grönare sätt att skapa syngas.
en studie som beskriver deras arbete publiceras idag i Nature Energy.
Syngas (termen är kort för ”syntesgas”) är en blandning av kolmonoxid och vätgas. Det används för att göra ammoniak, metanol, andra industriella kemikalier och bränslen. Den vanligaste processen för att skapa syngas är kolförgasning, som använder ånga och syre (från luft) vid höga temperaturer, en process som producerar stora mängder koldioxid.
ett mer miljövänligt sätt att skapa syngas, kallad metantorrreformering, innebär att man får två potenta växthusgaser att reagera — metan (till exempel från naturgas) och koldioxid. Men den processen används inte allmänt i industriella skalor, delvis för att den kräver temperaturer på minst 1300 grader Fahrenheit (700 grader Celsius) för att initiera den kemiska reaktionen.
under det senaste decenniet har forskare försökt förbättra processen för att skapa syngas med olika metalllegeringar som kan katalysera den erforderliga kemiska reaktionen vid lägre temperaturer. Men testerna var antingen ineffektiva eller resulterade i att metallkatalysatorerna täcktes i koks, en rest av mestadels kol som byggs upp under processen.
i den nya forskningen hittade ingenjörer en mer lämplig katalysator: koppar med några atomer av ädelmetallen rutenium utsatt för synligt ljus. Formad som en liten bula om 5 nanometer i diameter (en nanometer är en miljarddels meter) och ligger ovanpå ett metalloxidstöd, möjliggör den nya katalysatorn en kemisk reaktion som selektivt producerar syngas från de två växthusgaserna med synligt ljus för att driva reaktionen, utan att kräva någon ytterligare termisk energiinmatning.
dessutom kräver processen i princip endast koncentrerat solljus, vilket också förhindrar uppbyggnad av koks som plågade tidigare metoder.
”Syngas används allmänt i kemisk industri för att skapa många kemikalier och material som möjliggör vårt dagliga liv”, säger Emily Carter, en UCLA distinguished professor i kemisk och biomolekylär teknik, och en motsvarande författare till papperet. ”Det som är spännande med den här nya processen är att den ger möjlighet att reagera fångade växthusgaser — minska koldioxidutsläppen till atmosfären — samtidigt som man skapar detta kritiska kemiska råmaterial med hjälp av en billig katalysator och förnybar energi i form av solljus istället för att använda fossila bränslen.”
Carter är också UCLA: s vice kansler och provost.
John Mark Martirez, en UCLA-assistentprojektforskare, utförde den kvantmekaniska analysen av reaktionen, som visar steg-för-steg, atom-för-atom-processen för den kemiska reaktionen som skapar gaserna.
studiens första författare är Linan Zhou, en postdoktor vid Rice. Andra seniorförfattare inkluderar professorer från Rice, Naomi Halas och Peter Nordlander, och från UC Santa Barbara, ledd av Phillip Christopher.
forskningen stöddes av Air Force Office of Scientific Research via Department of Defense multidisciplinary university research initiative program och av Welch Foundation, som stöder grundforskning inom kemi.
