Wegweisendes plasmakatalytisches Verfahren zur Hydrierung von CO₂ zu Methanol unter Umgebungsbedingungen

Forscher der Universität Liverpool haben einen bedeutenden Meilenstein bei der Umwandlung von Kohlendioxid (CO) erreicht₂) in wertvolle Kraftstoffe und Chemikalien umzuwandeln, was einen wichtigen Schritt in Richtung einer nachhaltigen Netto-Null-Emissions-Wirtschaft darstellt.

In einem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel ChemieDas Team stellt ein bahnbrechendes plasmakatalytisches Verfahren zur Hydrierung von CO vor₂ mit Methanol bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck.

Dieser Fortschritt beseitigt die Einschränkungen der herkömmlichen thermischen Katalyse, die häufig hohe Temperaturen und Drücke erfordert, was zu einem niedrigen CO-Gehalt führt.₂ Methanolumsatz und Ausbeute.

Das neue Verfahren verwendet einen bimetallischen Ni-Co-Katalysator in einem nicht-thermischen Plasmareaktor, um eine beeindruckende Single-Pass-Selektivität von 46 % für Methanol und 24 % für CO zu erreichen₂ Umwandlung bei 35°C und 0,1 MPa.

Nichtthermisches Plasma, ein ionisiertes Gas, das energiereiche Elektronen und reaktive Spezies enthält, kann starke chemische Bindungen inerter Moleküle wie CO aktivieren₂Erleichterung chemischer Reaktionen unter milden Bedingungen.

Darüber hinaus können modulare plasmabasierte Systeme sofort ein- und ausgeschaltet werden, was eine große Flexibilität bei der Nutzung intermittierender erneuerbarer Elektrizität für die dezentrale Produktion von Kraftstoffen und Chemikalien bietet.

Professor Xin Tu, Lehrstuhlinhaber für Plasmakatalyse an der Universität Liverpool, sagte: „Unsere Arbeit zeigt, dass die Plasmakatalyse eine flexible und dezentrale Lösung für CO bietet.“₂ Hydrierung zu Methanol unter Umgebungsbedingungen.

„Unsere aktuelle technisch-ökonomische Bewertung zeigt auch, dass dieses Verfahren die Investitionskosten im Vergleich zu herkömmlichem thermisch katalytischem CO2 deutlich senken kann.₂„Methanol-zu-Methanol-Umwandlungsprozesse bieten einen praktikablen Weg für die Nutzung erneuerbarer Energiequellen bei der Herstellung synthetischer Kraftstoffe. »

In-situ-Plasma-gekoppelte Fourier-Transformations-Infrarot-Charakterisierung (FTIR) und Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen (DFT) ergaben, dass die Ni-Co-Bimetallschnittstelle neben CO das wichtigste aktive Zentrum für die Methanolsynthese ist₂ Adsorption und Hydrierung erfolgen über den Eley-Rideal (ER)-Mechanismus, um eine Vielzahl von Zwischenprodukten zu erzeugen.

Darüber hinaus spielen die Formiat- und Carboxylwege eine entscheidende Rolle bei der Methanolbildung, während sich die Wege der umgekehrten Wassergasverschiebung (RWGS) und der CO-Hydrierung an Ni-Standorten als weniger günstig erwiesen.

Die präzise Kontrolle der Ni-Co-Zentren in Bimetallkatalysatoren ist vielversprechend, um das Gewicht jedes Reaktionswegs durch Förderung der asymmetrischen CO-Adsorption individuell anzupassen₂ Moleküle an bimetallischen Grenzflächen und moduliert so effektiv die Produktverteilung.

Diese Forschung unterstreicht das erhebliche Potenzial der Plasmakatalyse als neue Elektrifizierungstechnologie für eine nachhaltige CO-Produktion₂ Kraftstoffumwandlung und -produktion. Die Möglichkeit, diese Reaktionen unter Umgebungsbedingungen mithilfe eines modularen und skalierbaren Plasmasystems durchzuführen, stellt eine attraktive Alternative für die chemische Industrie dar.

Darüber hinaus können plasmabasierte Systeme mit intermittierendem erneuerbarem Strom betrieben werden, was die Machbarkeit einer dezentralen Produktion von Kraftstoffen und Chemikalien verbessert.

Diese Pionierarbeit stellt einen großen Fortschritt auf dem Gebiet der katalytischen CO dar₂ Umstellung und bietet vielversprechende Möglichkeiten für zukünftige Forschung und industrielle Anwendungen, um die Herausforderung einer nachhaltigen Zukunft zu meistern.

Das Forschungsteam der University of Liverpool ist führend auf dem Gebiet der Plasmakatalyse und hat auch bahnbrechende Fortschritte bei der katalytischen Plasmaumwandlung von CO erzielt₂ gegenüber anderen Kraftstoffen und Chemikalien. Beispielsweise haben sie vielversprechende Plasmaverfahren für CO entwickelt₂ Methanisierung und Umwandlung von Biogas in Methanol in einem einzigen Schritt und haben auf diesem Gebiet drei PCT-Patente angemeldet.