211service.com
Schone diesel uit kolen
Nu de olieprijs stijgt en de zorgen over de Amerikaanse afhankelijkheid van buitenlandse aardolie toenemen, wordt steenkool een steeds aantrekkelijker alternatief als grondstof voor het maken van een reeks brandstoffen. Nu hebben scheikundigen een nieuw katalytisch proces uitgevonden dat de opbrengst van een schone vorm van diesel uit steenkool zou kunnen verhogen.
De methode, beschreven in het huidige nummer van het tijdschrift Wetenschap , gebruikt een paar katalysatoren om de opbrengst van dieselbrandstof uit Fischer-Tropsch (F-T) -synthese te verbeteren, een bijna eeuwenoude chemische techniek voor het laten reageren van koolmonoxide en waterstof om koolwaterstoffen te maken. Het mengsel van gassen wordt geproduceerd door kolen te verhitten. Hoewel Duitsland het proces tijdens de Tweede Wereldoorlog gebruikte om steenkool om te zetten in brandstof voor zijn militaire voertuigen, was F-T-synthese over het algemeen te duur om te concurreren met olie.
Een deel van het probleem met het F-T-proces is dat het een mengsel van koolwaterstoffen produceert, waarvan er vele niet bruikbaar zijn als brandstof. Maar in het recente onderzoek Alan Goldman , hoogleraar scheikunde en chemische biologie aan de Rutgers University, en Maurice Brookhart , hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill, gebruiken katalysatoren om deze ongewenste koolwaterstoffen om te zetten in diesel. De katalysatoren werken door de koolstofatomen te herschikken, waarbij koolwaterstoffen met zes koolstofatomen bijvoorbeeld worden omgezet in koolwaterstoffen met twee en tien koolstofatomen. De versie met tien koolstofatomen kan dieselmotoren aandrijven. De eerste katalysator verwijdert waterstofatomen, waardoor de tweede katalysator de koolstofatomen kan herschikken. Vervolgens herstelt de eerste katalysator de waterstof tot brandstof.
Op deze manier geproduceerde dieselbrandstof heeft verschillende potentiële voordelen. Gewone diesel bevat moleculen, aromaten genaamd, die bij verbranding deeltjes produceren, zegt Goldman. Maar de diesel die door de nieuwe katalysatoren wordt gevormd, bevat geen aromaten en verbrandt dus veel schoner, waarmee een van de grootste bezwaren tegen dieselbrandstof wordt weggenomen. Dit zou kunnen leiden tot meer voertuigen met dieselmotoren, die ongeveer 30 procent efficiënter zijn dan benzinemotoren.
Maar het grootste voordeel is misschien wel dat de Verenigde Staten enorme hoeveelheden steenkool hebben: we hebben net zoveel energie in steenkool als de rest van de wereld in olie. Dat is genoeg om de komende honderd jaar mee te gaan, zegt Goldman. Dus een efficiëntere en dus goedkopere methode om steenkool in diesel om te zetten, zou de Amerikaanse afhankelijkheid van buitenlandse olie aanzienlijk kunnen verminderen, en dit voor een lange tijd.
Toen ik dit zag, dacht ik dat het echt een geweldige bijdrage was die heel belangrijk zou kunnen zijn, zegt Richard Schrock , hoogleraar scheikunde aan het MIT, die de Nobelprijs voor Scheikunde in 2005, met twee andere wetenschappers, voor het ontdekken van het type katalysator dat in de tweede stap werd gebruikt. Het op deze manier combineren van twee katalysatoren is vrij zeldzaam, zegt hij. Je kunt niet zomaar twee dingen bij elkaar gooien en verwachten dat je de verwachte resultaten krijgt.
Volgens Robert Grubbs , hoogleraar scheikunde aan Caltech, die de Nobelprijs deelde met Schrock, De sleutel is het vinden van katalysatorsystemen die compatibel zijn en werken bij temperaturen waarbij je beide processen samen kunt uitvoeren.
Op dit moment is de nieuwe katalytische methode nog een proof-of-concept en nog niet klaar voor commercieel gebruik. De tweede katalysator heeft bijvoorbeeld de neiging af te breken. Maar Schrock zegt dat dit probleem oplosbaar moet zijn: het is theoretisch mogelijk dat dit praktisch zou kunnen worden. Ik e-mailde Alan Goldman en zei: 'Kijk, we hebben veel katalysatoren en ik kan enkele dingen bedenken die thermisch stabieler kunnen zijn.' Dus ik ga hem wat katalysatoren sturen, en hij gaat om ze uit te proberen.
Het is misschien ook mogelijk om katalysatoren te maken die producten uit de eerste reactie gebruiken om zichzelf te regenereren. Dan zou de katalysator niet doodgaan en zou je de reactie juist kunnen laten doorgaan, zegt Schrock.
Afbeelding van de Hope-pagina met dank aan Joseph Blumberg. Bijschrift: Postdoctoraal medewerker Ritu Ahuja demonstreert het katalysatormateriaal aan afstudeerstudent Elizabeth Pelczar en professor Alan Goldman.