Новый катализатор допускает селективную продукцию водорода и уксусной кислоты из этанола без прямых выбросов углекислого газа. Исследователи, стоящие за работе, 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 удаление серы из нефти. В настоящее время подавляющее большинство исходит от ископаемого топлива, главным образом из -за парового реформирования метана, что само по себе является сильно эндотермическим. Следовательно, уменьшение углеродного следа химической промышленности требует более экологичного источника водорода, а некоторые инженеры -химики ищут биоэтанол. Основными маршрутами, с помощью которых этанол может генерировать водород, являются частичное окисление, при которых этанол реагирует с кислородом и полным реформированием парового паровая, при котором он реагирует с водой. В обоих случаях углерод и кислород переходят в углекислый газ.
В новой работе исследователи из Университета Пекинга в Пекине вместе с коллегами в других местах Китая и Грэм Хатчингс В Кардиффе, Великобритания, демонстрируют селективное частичное паровое реформирование. Вместо этого это производит уксусную кислоту, которая необходима для продуцирования других химических веществ, таких как ацетаты, в качестве окисленного побочного продукта. «Эта реакция не совсем нова», — говорит физический химик Ding maкто возглавлял исследование. «Но в прошлом люди не смогли достичь высокой селективности в сторону уксусной кислоты, или они использовали основание, чтобы они ходили в кислотную соль, а не [acetic] Сама кислота.
Исследователи использовали катализатор, поддерживаемый на карбиде молибдена, который, как показано, ранее обладает беспрецедентной способностью активировать молекулы воды при низких температурах. Чтобы активировать этанол, исследователи добавили платину и иридий. 'Оказывается, платина более активна [than iridium] Для реформирования этанола… однако, платина имеет тенденцию агрегировать в небольшие кластеры », — говорит Ма.
Металлические металлические связи в этих кластерах могут активировать и нарушать углеродные связи этанола, что приводит к генерации углекислого газа или метана. Иридий, однако, очень сильно реагирует с поддержкой, рассеиваясь атомно и помогая блокировать сайты нуклеации для платиновых кластеров.
Спектроскопическая визуализация показала, что в результате оба металла почти атомно диспергировали на поверхности. Это означало, что только один из углеродных центров этанола был активирован, и поэтому реакция почти не давала разрыва цепи.
Исследователи обнаружили, что их реакция была менее подверженной боковой реакции, чем частичное окисление или паровое реформирование. При 270 ° C они достигли селективности уксусной кислоты 84,5%. Предварительный техно-экономический анализ заставляет исследователей к выводу, что реакция может быть конкурентоспособной с текущими процессами для производства химических веществ, хотя MA говорит, что в будущем, если можно уменьшить количество иридия или потенциально заменить весь катализатор не-нольком Металлы было бы намного лучше.
Фабио РибейроWHOS-ведущий инженерную инициативу Университета Пердью по ведущим достижениям и путям в области энергетики и пути к устойчивости считает, что исследование может быть научно интересным, особенно если оно предлагает новое понимание механизмов реакции или катализа. Тем не менее, Рибейро имеет оговорки о коммерческой жизнеспособности процесса.
«При текущих ценах общая стоимость полученного водорода и уксусной кислоты меньше, чем стоимость этанола и обработки воды», — объясняет он. «Как вы можете получить прибыль, если ваши конечные продукты стоят меньше, чем ваши стартовые материалы?»
Рибейро, который также направляет Национальный научный фонд Национального фонда научного фонда Инновационной и стратегической трансформации Alkane Resources, добавляет, что производство биоэтанола, как правило, требует удобрений, что обычно опирается на аммиак, что позволяет предположить, что сырье вряд ли будет углеродно-нейтральным. Кроме того, даже если бы весь этанол в мире был посвящен этой реакции, он удовлетворил бы лишь небольшую часть глобальной потребности водорода, одновременно вызывая избыток уксусной кислоты, далеко за пределами текущих потребностей. «Когда дело доходит до действительно зеленого водорода, лучший маршрут-это водный электролиз, основанный на возобновляемых источниках энергии, который уже конкурирует с затратами при реформировании парового метана в некоторых регионах»,-говорит он.
Отвечая на опасения по поводу экономической жизнеспособности этого процесса, MA отмечает, что глобальные цены как на этанол, так и на уксусную кислоту могут значительно различаться на годовой и региональной основе », создавая прибыльность любой будущей версии этого процесса очень чувствительным к изменениям '
«Например, за последние десять лет цены в Китае и США продемонстрировали значительные различные тенденции и колебания», — отмечает он. «В США этанол намного дешевле уксусной кислоты из-за наличия этанола, полученного из зерна. И наоборот, в Китае метанол, полученный в угольном уровне, приводит к снижению цен на уксусную кислоту ».
MA также признает, что электролиз воды является наиболее жизнеспособным подходом для изготовления водорода, но говорит, что энергоэффективность этого процесса низкая. «Наш подход показывает, что есть возможности для альтернативных способов создания зеленого водорода вместе с другими химическими веществами, что также подходит для распределенного мелкого производства»,-добавляет он. «Кроме того, этот процесс также способствует разморозированию тока. Действительно, будущее не будет «единым размером подходит для всех» для химического производства, и наш новый подход, который пока находится в зачаточном состоянии, показывает, что вперед есть путь вперед ».
.jpg)
.jpg)
