CO2와 메탄을 가치 있는 제품으로 효과적으로 전환

[아름이]

CO2와 메탄을 가치 있는 제품으로 효과적으로 전환
날짜:
2022년 9월 1일
원천:
비엔나 공과대학교
요약:
CO2와 메탄은 가치 있는 제품으로 바뀔 수 있습니다. 그러나 이를 위해 필요한 촉매에는 문제가 있습니다. 촉매는 결국 탄소 층으로 덮여 효율성을 잃게 됩니다. 이제 이러한 문제를 해결하고 오랫동안 사용할 수 있는 새로운 촉매가 개발되었습니다.

유해한 온실 가스의 생성을 방지할 수 없는 곳이라면 어디에서나 유용한 것으로 전환해야 합니다. 이 접근 방식을 "탄소 포집 및 활용"이라고 합니다. 이를 위해서는 특별한 촉매가 필요합니다. 그러나 지금까지 문제는 이러한 촉매 위에 탄소 층이 빠르게 형성되고(이를 "코킹(coking)"이라고 함) 촉매가 효과를 잃는다는 것이었습니다. TU Wien에서는 특별한 전처리를 통해 페로브스카이트 결정에서 작은 금속 나노입자를 생성하는 새로운 접근 방식을 취했습니다. 그런 다음 결정 표면과 나노 입자 사이의 상호 작용은 두려운 코크스 효과 없이 원하는 화학 반응이 일어나도록 합니다.

건식 개질: 온실 가스가 합성 가스가 됨

이산화탄소(CO 2 )와 메탄은 기후 변화에 가장 크게 기여하는 두 가지 인간이 만든 온실 가스입니다. 두 가스는 예를 들어 바이오가스 플랜트에서 종종 조합되어 발생합니다. "소위 메탄 건식 개질은 두 가스를 동시에 유용한 합성 가스로 전환하는 데 사용할 수 있는 방법입니다."라고 TU Wien 재료 화학 연구소의 Christoph Rameshan 교수는 말합니다. "메탄과 이산화탄소는 수소와 일산화탄소로 바뀌고, 바이오 연료에 이르기까지 이들로부터 다른 탄화수소를 생산하기가 비교적 쉽습니다."

여기에서 가장 큰 문제는 촉매의 안정성입니다. "지금까지 이 공정에 사용된 금속 촉매는 작은 탄소 나노튜브를 생성하는 경향이 있습니다."라고 현재 Rameshan의 팀에서 논문을 작성하고 있는 Florian Schrenk가 설명합니다. 이 나노튜브는 촉매 표면에 검은색 막으로 침착되어 이를 차단합니다.

성공의 열쇠로서의 페로브스카이트 결정

TU Wien 팀은 이제 근본적으로 다른 특성을 가진 촉매를 만들었습니다. "우리는 다양한 금속 원자로 도핑될 수 있는 산소를 포함하는 결정인 페로브스카이트를 사용합니다."라고 Christoph Rameshan은 말합니다. "예를 들어 이전에 촉매 작용에도 사용되었던 금속인 페로브스카이트에 니켈이나 코발트를 삽입할 수 있습니다."

약 600°C에서 수소로 결정을 특수 전처리하면 니켈 또는 코발트 원자가 표면으로 이동하여 나노입자를 형성할 수 있습니다. 나노입자의 크기는 매우 중요합니다. 직경이 30~50나노미터인 나노입자로 성공을 거두었습니다. 그런 다음 원하는 화학 반응이 이러한 작은 입자에서 발생하지만 동시에 페로브스카이트에 포함된 산소가 탄소 나노튜브의 형성을 방지합니다.

"우리는 실험에서 보여줄 수 있었습니다. 올바른 크기의 나노 입자를 선택하면 탄소 필름이 생성되지 않습니다. 코킹은 더 이상 위험하지 않습니다."라고 Florian Schrenk는 말합니다. 게다가 나노입자는 안정적이고 촉매의 구조가 변하지 않아 영구적으로 사용할 수 있다”고 말했다.

미래의 바이오 리파이너리를 위한 중요한 빌딩 블록

새로운 페로브스카이트 촉매는 메탄과 이산화탄소가 동시에 생성되는 모든 곳에서 사용될 수 있습니다. 예를 들어 바이오가스 플랜트와 같이 생물학적 물질을 다룰 때 종종 그렇습니다. 선택한 반응 온도에 따라 생성되는 합성 가스의 조성에 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 방식으로 기후를 손상시키는 온실 가스를 가치 있는 제품으로 추가 처리하는 것은 지속 가능한 순환 경제를 위한 중요한 빌딩 블록이 될 수 있습니다.



출처 : https://www.sciencedaily.com/