미세 기포가 보다 효율적인 촉매로 이어지는 방법 새로 발견된 효과로 녹색 수소 수송 공정의 생산성 향상 날짜: 2022년 11월 17일 원천: Forschungszentrum Juelich 요약: 촉매는 화학 물질 생산 및 수소 에너지 저장과 가장 관련이 있습니다. 연구원들은 이제 촉매의 기공에 기포가 형성되는 것이 촉매의 활성에 필수적일 수 있음을 발견했습니다. 그들의 발견은 가스가 액체에서 형성되고 미래의 녹색 수소 경제에서 중심적인 역할을 하는 반응을 위한 촉매 재료를 최적화하는 데 도움이 됩니다.
촉매는 화학 물질 생산 및 수소 에너지 저장과 가장 관련이 있습니다. Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg for Renewable Energy(HI ERN)와 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg(FAU)의 연구원들은 이제 촉매의 기공에서 기포 형성이 촉매 활성에 필수적일 수 있음을 발견했습니다. 그들의 발견은 가스가 액체에서 형성되고 미래의 녹색 수소 경제에서 중심적인 역할을 하는 반응을 위한 촉매 재료를 최적화하는 데 도움이 됩니다.
촉매는 스스로 소모되지 않고 화학 반응을 가속화합니다. 자연과 산업의 많은 반응은 그들의 도움 덕분에 작동합니다. 예를 들어, 촉매는 모든 화학 생산 공정의 약 80%에서 사용되며 수소의 화학적 저장 기술에서도 중요한 역할을 합니다.
대부분의 경우 실제 반응 파트너와 다른 집합체 상태에 있는 소위 불균일 촉매가 관련됩니다. 고체, 다공성 촉매는 액체 또는 기체 반응 생성물로부터 매우 잘 분리될 수 있기 때문에 여기에서 특히 중요합니다.
HI ERN과 FAU의 연구원들은 이제 가스 발생 반응을 위한 이러한 유형의 촉매 생산성이 촉매 기공에서 특히 쉽게 형성되는 경우 현저하게 증가할 수 있다는 사실을 발견했습니다.
"반응 속도를 크게 결정하는 이 추가 요소는 이전에는 알려지지 않았습니다. 지금까지 반응 속도는 화학적 표면 반응이나 촉매의 활성 중심으로의 분자 이동에 의해서만 결정되는 것으로 가정했습니다."라고 설명합니다. Peter Wasserscheid 교수, Jülich 연구 센터의 지부인 Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg의 소장이자 FAU 화학 반응 공학 의장.
생산성 50배 증가
이 발견은 미래에 녹색 수소 수송에 핵심적인 역할을 할 수 있는 반응을 사용하여 이루어졌습니다. 이를 위해 수소는 액체 운반 매체(이 경우 LOHC("액체 유기 수소 운반체"))에 결합되어 저장 및 운반되고 나중에 방출됩니다.
이 기술은 매우 안전하고 취급하기 쉬운 것으로 간주됩니다. 촉매의 도움으로 캐리어 매질에서 수소가 더 빨리 방출될수록 해당 기술을 더 작고 강력하게 사용할 수 있습니다.
HI ERN과 FAU 연구진은 공정에서 촉매 기공에 기포 형성을 유도할 때 동일한 조건에서 단위 시간당 담체 매질에서 50배 더 많은 수소가 방출됨을 입증할 수 있었다.
엄청난 차이의 이유는 다음과 같습니다. "일반적으로 시스템은 촉매 수소 방출 중에 용존 수소만 생성합니다. 그런 다음 촉매의 활성 중심 주변의 액상에서 포화가 빠르게 시작됩니다."라고 Peter Wasserscheid는 말합니다.
반면에 촉매 기공의 기포는 작은 펌프처럼 작동합니다. 방출된 수소를 제거하는 데 도움이 됩니다. Peter Wasserscheid는 "촉매 기공에 기포가 형성되면 성장하는 기포가 형성된 수소를 수집합니다. 기포가 주변 액체로 분리되면 적재된 수소 운반체가 기공으로 다시 흐르고 프로세스가 다시 시작됩니다."라고 Peter Wasserscheid는 설명합니다. 원리.
핵 형성으로 알려진 기포의 형성은 예를 들어 촉매 표면을 화학적으로 수정하거나 기계적 자극에 의해 인공적으로 유도될 수도 있습니다. 이 연구 결과는 특히 미래의 녹색 수소 경제와 매우 관련성이 높은 불균일 촉매의 성능 제한 요인에 대해 새로운 시각을 제시합니다.