Новый катализатор допускает селективную продукцию водорода и уксусной кислоты из этанола без прямых выбросов углекислого газа. Исследователи работы считают, что реакция теперь может конкурировать с современными промышленными процессами для производства химических веществ.
Около 100 миллионов тонн водорода в год используются в промышленности для таких применений, как производство аммиака и устранение серы нефти. В настоящее время подавляющее большинство поступает из ископаемого топлива, главным образом из -за реформы паров метана, которая сама по себе сильно эндотермична. Следовательно, снижение углеродного следа химической промышленности требует более зеленого источника водорода, а некоторые инженеры -химики стремятся к биоэтанолу. Основными путями, по которым этанол может генерировать водород, является частичное окисление, в котором этанол реагирует с кислородом и полной паровой реформой, при которой он реагирует с водой. В обоих случаях углерод и кислород переходят в углекислый газ.
В новых работах исследователи из Университета Пекина в Пекине, а также коллеги в других местах Китая и Грэм Хатчингс В Кардиффе, в Великобритании, демонстрирует частичную реформу избирательного пара. Скорее, это производит уксусную кислоту, которая необходима для получения других химических веществ, таких как ацетаты, такие как окисленные с помощью -продуктом. «Эта реакция не совсем нова», — сказал физический химик Ding maкоторый руководил исследованием. « Но в прошлом люди не могли достичь высокой селективности уксусной кислоты, или они использовали основание для перехода на кислотную соль, а не [acetic] Кислота сам.
Исследователи использовали устойчивый катализатор на карбиде молибдена, что группа МА и других ранее показала беспрецедентную способность активировать молекулы воды при низкой температуре. Чтобы активировать этанол, исследователи добавили платину и иридий. 'Оказывается, что платина более активен [than iridium] Для реформы этанола … однако, платина имеет тенденцию агрегировать в небольших кластерах », — объясняет Ма.
Металлические металлические связи в этих кластерах могут активировать и нарушать углеродные углеродные связи этанола, что приводит к генерации углерода или диоксида метана. Иридий, однако, очень сильно реагирует с поддержкой, атомно рассеивая и помогая блокировать сайты нуклеации для платиновых кластеров.
Спектроскопическая визуализация показала, что, следовательно, два металла почти атомно диспергировали на поверхности. Это означало, что был активирован только один из углеродных центров субстрата этанола, и поэтому реакция почти не вызвала разрыва в цепи.
Исследователи обнаружили, что их реакция была менее подверженной вторичной реакциям, чем частичное окисление или реформа пара. При 270 ° C они получили селективность уксусной кислоты в 84,5%. Предварительный техно-экономический анализ заставляет исследователей к выводу, что реакция может быть конкурентоспособной с текущими процессами для производства химических веществ, хотя я сказал, что «в будущем, если бы мы могли уменьшить количество иридия или потенциально заменить весь катализ не Благородные металлы, которые были бы намного лучше.
Фабио РибейроВОЗ обеспечивает инженерную инициативу Университета Покупа по авансам и ведущим маршрутам перехода энергии и пути долговечности, считает, что исследование может быть научно интересным — в частности, если оно предлагает новую информацию о механизмах реакции или катализе. Тем не менее, Ribeiro имеет резервы на коммерческую жизнеспособность процесса.
«При текущих ценах общая стоимость водорода и уксусной кислоты продукта ниже стоимости этанола и переработки воды», — объясняет он. «Как вы можете получить прибыль, если ваши конечные продукты стоят меньше, чем ваше стартовое оборудование?»
Рибейро, который также руководит Центром инновационных и стратегических преобразований Национального научного фонда США, добавляет, что производство биоэтанола обычно требует удобрений, которые обычно основаны на аммиаке, что предполагает, что сначала материя не должна быть углеродом нейтральным. Кроме того, даже если бы весь этанол в мире был посвящен этой реакции, он реагирует только на небольшую часть глобальной потребности водорода, одновременно вызывая избыток уксусной кислоты, далеко за пределами текущих потребностей. «Что касается действительно зеленого водорода, лучший маршрут — это электролиз воды, заправленный возобновляемыми энергиями, который уже дорогой конкурентоспособен с реформой парового метана в определенных регионах», — сказал он.
Отвечая на опасения по поводу экономической жизнеспособности процесса, это подчеркивает, что мировые цены на этанол и уксусную кислоту могут значительно различаться на ежегодной и региональной основе, «что делает прибыльность любой будущей версии этого очень чувствительного изменения процесса».
«Например, за последние десять лет цены в Китае и Соединенных Штатах продемонстрировали значительные тенденции и колебания», — отмечает он. «В Соединенных Штатах этанол намного дешевле уксусной кислоты из -за наличия этанола, полученного из зерен. И наоборот, в Китае метанол, полученный из угля, является изобилием, что приводит к снижению цен на уксусную кислоту.
Он также признает, что водный электролиз является наиболее жизнеспособным подходом для создания водорода, но говорит, что энергоэффективность этого процесса низкая. «Наш подход показывает, что существует диапазон для альтернативных средств для создания зеленого водорода с другими химическими веществами, что также подходит для мелкого производства»,-добавляет он. «Кроме того, этот процесс также поможет определить текущую дорожную продукцию уксусной кислоты. Действительно, будущее не будет «единичным размером» для химического производства, и наш новый подход, который все еще находится в зачаточном состоянии, показывает, что есть путь.
