PtX: Ny katalysator omdanner CO2 til brændstof langt hurtigere end standarden

CO2 (sort/røde molekyler) og brint (blå) reagerer med ruthenium-katalysatoren. På dens højre side producere den simpelt metan, men på den venstre side, dækket af porøst plastik, laver den mere komplekse bindinger. (Illustration: Chih-Jung Chen, CC) Illustration: Chih-Jung Chen (CC BY-NC-ND)

Vi er vant til at høre om genbrug af for eksempel plastik og metal, men direkte genbrug af CO2 kunne være et stort skridt mod et udledningsfrit samfund.

Det er i hvert fald målet for et forskerhold fra Stanford University, hvis nye katalysator er langt mere fleksibel i forhold til at omdanne CO2 til lange kæder af kulstof-atomer, som sammen med brint kan blive til benzin.

Opskriften på omdannelsen af CO2 til benzin virker simpel, og kræver i princippet kun CO2, brint, en katalysator, tryk, varme og tid. Men udfordringen består i, at brint-atomerne flokkes på katalysatorens overflade, så kulstoffets mulighed for at binde sig til andet kulstof er begrænset. En almindelig ruthenium-katalysator kan derfor kun fremstille metan, den simpleste kulbrinte.

For at løse dette problem pakkes rutheniummet ind i et porøst lag af plastik, så mængden af brint på overfladen kan styres. Som resultat kan katalysatoren producere butan - den mest komplekse kulstof-binding, katalysatoren kan frembringe - 1.000 gange hurtigere end standard-katalysatorer.

»I princippet kan vi lave længere og længere CC-bindinger ved højere tryk, heriblandt benzin,« udtaler Mateo Cargnello, professor på Stanford University og medforfatter til den videnskabelige artikel i en pressemeddelelse.
Han og de andre forskere bag arbejder nu på en reaktor, der kan levere højere tryk.

Læs også: Millionstøtte skal sparke gang i pyrolyse – så langt er teknologien i dag

Har mest betydning for en energimæssigt lille del af PtX-systemet

Som med effektivisering af alle industrielle processer er én gevinst ved opfindelsen, at det sparer en del energi at kunne omdanne CO2’en hurtigere. Men hvis den skal indgå i et PtX-system, er der andre dele af processen, man ville vinde langt mere ved at effektivisere.

»Nu er katalysatoren jo kun én komponent i hele systemet, og energimæssigt er fremskaffelsen af brint klart det mest omkostningsfulde,« vurderer Henrik Lund Frandsen, seniorforsker på DTU.

Kulstoffets primære rolle i brændstofferne er som en slags ’bærer’ af brint, altså noget som brinten kan binde sig til. Men uden brint til at begynde med kommer processen ikke langt, og at producere det er ikke billigt.

»Katalysatorens effektivitet er derfor et aspekt af systemet, hvor der bestemt er plads til forbedring, men det er ikke det, der batter mest i forhold til budgettet, så mange ville nok fokusere på andre områder først,« mener Henrik Lund Frandsen.

Læs også: Grøn jetfuel-produktion i Vordingborg løser blindgydeproblem for sol og vind

Men: Opfindelsen åbner op for større fleksibilitet i genbrug af CO2

Selvom katalysatoren ikke er den del, hvor man kan spare mest på energien, er der dog helt andre fordele ved det porøse plastiklag, der lægges oven på rutheniummet.

Som nævnt giver det nemlig en høj grad af kontrol over brintmængden på katalysatorens overflade, hvilket vil sige, at den, der styrer processen, nemmere kan vælge, præcis hvilke bindinger, de vil have.

»Som en, der selv arbejder med de her katalysatorer, er det at lave mere eller mindre komplekse CC-bindinger nærmest den hellige gral,« fortæller Nina Lock, lektor på Aarhus Universitet.

Hun understreger det store potentiale i at kunne styre CC-bindingerne så nøjagtigt som med laget af plastik, fordi det giver mulighed for at ’tune’ på slutproduktet:

»De har i princippet opfundet en knap, de kan dreje på, så de kan bestemme, om de vil lave metan, CO, C2, C3, C4, osv.«

Potentialet i fleksibiliteten er heller ikke gået Mateo Cargnello forbi. Han arbejder også på andre katalysatorer, der skal kunne lave CO2 om til kemikalier som olefin til at lave plastik og etanol:

»Hvis man kunne lave CO2 om til plastik, har man fundet en måde at lagre det på uden udledninger, hvilket ville være virkelig stort.«

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Tak for en god artikel. Det lyder godt, at man kan åbne op for diverficerede produkter. Hvad er brintens rolle? Ved spaltningne af vand fås store mængder af brint, som er svært at holde indelukket. Og i den proces forventer man, at ilten kan overlades til atmosfæren, indtil den skal bruges i en forbrændingsproces, som jo giver den energiudvikling, vi normalt benytter. Hvor meget påvirkes luftens iltindhold? (Man taler jo om, at anaerobe bakterier og jern var naturlige på Jorden, indtil iltkoncentrationen steg til det nuværende niveau. Men den nuværende koncentration er jo giftig for de oprindelige organismer på Jorden. Kan vi komme i den situation, hvor vi p.gr.a. brinttab får for høj iltkoncentration?)

  • 0
  • 5

Ilt er enormt reaktivt, men det er altså kommet for at blive. Når man sammenligner de forhold, der ledte til anaerobers partielle udfasning, så var det som resultat af, at der ingen ilt var i atmosfæren (oxygen var simpelthen ikke til stede i høje nok koncentrationer til holdbart at danne ilt), til senere at udgøre en kolossal del af luftens sammensætning (ca. 21%).

På trods af den enorme forskel i iltkoncetration, er der altså stadig enorm diversitet i den anaerobe, mikrobielle verden.

Der kan differentieres mellem flere typer anaerober. De obligate anaerober kan slet ikke tåle ilt, men de findes stadigvæk. Der findes fakultative anaerober, der trives ganske fint uden ilt, men bruger den, hvis den er til stede. Til sidst er der de aerotolerante anaerober, der er mest relevante for dine bekymringer. Disse organismer kan tåle ilt i begrænsede mængder, men forgiftes ved høje koncentrationer. En "høj" koncentration for sådan en orgainsme ligger typisk mellem 2-10%, altså markant lavere end vor kære atmosfære. Vi skal heller ikke være bange for, at de organismer, der trives godt omkring de 21% vil trives værre ved højere koncentrationer, da forskellen typisk ligger i et ganske udbredt enzym, katalase, der er uafsindigt effektiv til at spalte de giftige oxygenspecier.

Summasumarum er, at vi ikkeikke behøver at være bange for nogen iltforgiftning.

  • 7
  • 0

Mads Klem Orlof. Tak for svar. Du har helt ret. Det var nu ikke de eksisterende forhold, jeg egentligt tænkte på. Jeg tænker mere på, at man agter at adskille ilt og brint og så lade ilten "passe sig selv", mednes man vil tage "god vare" på brinten. Men vi kender vel kun alt for godt menneskets evner til at tabe kontrollen fra tid til anden? (Brint er et let materiale, som helt uden blusel farer op gennem atmosfæren og ud i himmelrummet, hvis det slippes løs.) Hvornår kommer man dertil, at tabet af brint er blevet så højt, at naturligt organisk materiale spontant iltes (brænder)?

  • 0
  • 2
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten