Czysta produkcja paliwa dzięki lepszym katalizatorom
Katalizatory odgrywają kluczową rolę w intensyfikacji procesów, przyspieszając i sterując reakcjami chemicznymi w celu otrzymania pożądanych produktów. Jedną z nowych strategii jest integracja dwóch katalizatorów w pojedynczym reaktorze, co prowadzi do kolejnych reakcji „tandemowych”. W ramach finansowanego przez UE projektu 3DMULTICAT (3D microscopy-guided assembly of novel hierarchical, multi-pore, multi-function catalysts for clean fuel production) opracowano innowacyjne katalizatory stałe do jednoetapowej produkcji paliw ciekłych z gazu syntezowego. Ta mieszanina gazowa składa się z tlenku węgla (CO) i wodoru (H2), które można otrzymać z surowców, takich jak gaz ziemny lub biomasa. Celem partnerów projektu było opracowanie nowych katalizatorów o porowatych strukturach przeznaczonych do kontrolowania ruchu cząsteczek w obrębie tych porów. Mają one wiele funkcji katalitycznych, wpływając na kaskadowy charakter niektórych reakcji. Proces opiera się na integracji dwóch reakcji katalitycznych w pojedynczym reaktorze, a mianowicie na syntezie węglowodorów Fischera-Tropscha (FT) oraz procesie hydroprzetwarzania „in situ” (izomeryzacja i kraking) produktów pierwotnych z udziałem katalizatora hydrokrakingu. Po przeprowadzeniu podstawowych badań katalitycznych przy użyciu modelowych reagentów naukowcy odkryli, że, w przeciwieństwie do standardowych warunków hydrokrakingu, obecność gazu syntezowego zatruwała katalizator hydrokrakingu poprzez silną absorpcję CO, co powodowało znaczną zmianę szlaku reakcji różnych węglowodorów FT z udziałem katalizatora hydrokrakingu. Zachęceni tymi odkryciami naukowcy stworzyli innowacyjne modele katalizatorów stałych FT, wykorzystując metody trójwymiarowej kwantyfikacji strukturalnej w skali od nano- do mikrometrycznej. Wyniki pokazały, że w odpowiednich warunkach reakcji zjawiska ruchu masowego porów mogą wpływać na pierwotny wzorzec produktu FT. Dzięki badaniom dotyczącym katalizatorów FT opartych na kobalcie opracowano katalizatory stałe o złożonych i hierarchicznie zorganizowanych porach i jednolicie rozmieszczonych metalach katalitycznych. Okazało się, że opracowane katalizatory mogą kontrolować ruch cząsteczek i dostosować właściwości podstawowych FT do tandemowych procesów katalitycznych. Rezultaty projektu 3DMULTICATpomogą ulepszyć konstrukcję złożonych materiałów porowatych w odniesieniu do katalizy i wspierać zrównoważoną eksploatację zasobów naturalnych. To przyczyni się do ochrony środowiska i łagodzenia zmian klimatycznych.
