Lovende resultater for grøn fremstilling af nanomaterialer
more_vert
close
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Lovende resultater for grøn fremstilling af nanomaterialer

De kostbare ædelmetaller platin og palladium anvendes bl.a. i udstødningssystemer i lastbiler og motorcykler. Ved at blande disse metaller op med en smule billig jern i små nanopartikler, fremstillet via superkritisk syntese, er det lykkedes Teknologisk Institut at reducere brugen af palladium og platin med op til 40 procent. Illustration: Teknologisk Institut

En grønnere og mere præcis metode til fremstilling af nanomaterialer, der kan anvendes som bæremateriale i katalysatorer, til elektriske ledningsbaner og udstødnings- systemer.

Det er slutmålet med det forskningsarbejde, der i disse år foregår i regi af en forskningsalliance kaldet Green Chemistry for Advanced Materials (GCAM), som forsker i nanomaterialer fremstillet via superkritisk syntese.

Over årene har teknologisk institut opskaleret sine nanoproduktionsfaciliteter betragteligt. I dag råder man bl.a. over 300 m2 laboratorielokaler. Drømmen er en fuldslala nanofabrik, der kan producere 20-30 ton nanomaterialer om året. Illustration: Teknologisk Institut

»Vi er kommet derhen, hvor vi er ved at have nogle rutiner på plads og kan fremstille de her nanomaterialer i større mængder,« lyder det fra Leif Højslet Christensen, centerchef på Teknologisk Institut, der er en af partnerne i GCAM.

Et af de materialer, som TI er nået længst med, er nanopartikler på 2,4 nanometer bestående af ædelmetallerne platin og palladium, som blandes op med små mængder jern i den superkritiske syntese. Disse nanopartikler har vist sig meget effektive i udstødningssystemer og reducerer samtidig brugen af det kostbare platin og palladium med op til 40 procent.

Virkede i første hug

At udnytte vands markant anderledes egenskaber ved at bringe vandet i superkritisk tilstand er langtfra nogen ny metode.

Ingeniøren skrev om metoden i 1994, og på Aarhus Universitets Institut for Kemi har professor Bo Brummerstedt Iversen – en anden projektpartner i GCAM – arbejdet med superkritisk vand siden 2003.

»Jeg har aldrig haft et forskningsforsøg, der virkede første gang. Allerførste gang, vi lavede en syntese med superkritisk vand, fik vi nogle fantastiske nanopartikler ud af det,« siger Bo Brummerstedt Iversen med et grin.

Nanopartikler udskilles under tryk

Princippet er at lade vand fungere som organisk opløsningsmiddel ved at opvarme vandet til over 374 grader under et højt tryk – over 220 bar – i en flowreaktor, hvorefter vandet kommer i den superkritiske tilstand og bliver ikke-polært.

Dermed kommer det superkritiske vand til at fungere som en form for organisk opløsningsmiddel, hvilket reducerer behovet for kemikalier såsom opløsningsmidler, der ellers ofte er en forudsætning, når man fremstiller nanomaterialer via andre metoder.

Samtidig kan man med metoden kontrollere størrelsen, formen og krystalliniteten på ens nanopartikler meget præcist, forklarer Bo Brummerstedt Iversen.

»Hvis du fremstiller nanopartikler traditionelt i en autoklave (en form for trykkoger, red.), får du ofte en meget mere ujævn størrelsesfordeling af dine partikler. Med superkritisk vand kan man effektivt styre sine størrelser og dermed partiklernes unikke fysiske og kemiske egenskaber.«

Haldor Topsøe snuste til metoden

Netop den meget harmoniske fordeling af nanopartiklerne er noget, som Haldor Topsøe er ganske interesseret i. Nanomaterialet kan nemlig både anvendes som katalytisk materiale og som bæremateriale i de katalysatorer, virksomheden har fremstillet gennem årtier.

Rent faktisk snuste Haldor Topsøe for en ti års tid siden selv til metoden med superkritisk vand, fortæller seniorekspert Michael Brorson, men rent teknisk var metoden dengang for svær at få greb om.

Men de mellemliggende års forskningsarbejde hos blandt andet Aarhus Universitet har gjort metoden mere tilgængelig. Derfor har Haldor Topsøe været i gang med at teste nanomaterialernes katalytiske egenskaber i færdige katalysatorer.

Lovende tests

Og noget tyder på, at den mere jævne fordeling af nanopartikler giver gode katalytiske egenskaber. De første tests viste en katalysator, der ydede 90 procent af Haldor Topsøes kommercielle katalysatorer – som vel at mærke er baseret på adskillige tusinde tests gennem 30 års udviklingstid.

»Så at få 90 procents ydeevne i første hug er ret lovende,« lyder det fra Michael Brorson, som foreløbig synes, at forskningsarbejdet tegner godt.

»Håbet er at fremelske nogle bedre materialeegenskaber ved hjælp af den superkritiske syntese og derigennem få nogle mere aktive katalysatorer. Vi forsøger ikke at udvikle katalysatorer, der er væsentligt anderledes end dem, vi har i dag – men måske vi kunne blive inspireret til at fremstille dem på en anden måde,« siger Haldor Topsøes seniorekspert.

Nej tak til kinesisk kæmpeordre

Så langt, så godt. Da Teknologisk Institut begyndte at arbejde med fremstilling af nanomaterialer for ti år siden, kunne instituttet fremstille få milligram. I dag kan TI – takket være laboratorieplads på i alt 300 kvadratmeter og en pilotreaktor –fremstille i omegnen af ét ton nanomaterialer om året.

Ifølge Bo Brummerstedt Iversen findes der blandt andet i Korea en storskala nanofabrik, som producerer lithiumjernfosfat, der anvendes som katode i mange kommercielle ionbatterier.

Leif Højslet Christensens drøm er en tilsvarende fuldskala og højt automatiseret nanofabrik på dansk grund, der vil kunne producere 20-30 ton om året.

Men selvom det i princippet bare er et spørgsmål om at opskalere produktionen, ville det stadig kræve en investering på adskillige millioner kroner. Ligesom man ville skulle løse en række udfordringer i forhold til oprensning, brug af kølevand, genbrug af energi og bortskaffelse af affald.

Af samme årsag var Teknologisk Institut nødt til at takke pænt nej, da en stor kinesisk virksomhed for nylig tilbød at lægge en ordre på 300 ton nanomateriale om året. Faciliteterne er ganske enkelt ikke til det p.t.

»Vi kan sagtens lave de her materialer. Nu skal vi så se, om det kan være rentabelt for nogle virksomheder at fremstille dem kommercielt. Det kræver blandt andet yderligere tests af de pågældende materialer. Det er der, vi står nu,« siger Leif Højslet Christensen.