Extreme Verbesserung der Kohlenstoffhydrovergasung durch Mechanochemie

Ein Forschungsteam, das mit UNIST verbunden ist, hat einen innovativen Weg zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen entwickelt, der ein kommerziell erhältliches Kugelmühlengerät verwendet. Das neue Verfahren hat kommerzielles Potenzial, da es natürliche Holzkohle verwendet, um Methan (CH4), den Hauptkohlenwasserstoffbestandteil von Erdgas, herzustellen.

Veröffentlicht in der Ausgabe März 2022 von Internationale Ausgabe der Angewandten Chemiewurde dieser Durchbruch von Professor Jong-Beom Baek an der School of Energy and Chemical Engineering der UNIST geleitet.

„Durch die mechanische Kollision, die durch die Kugelmühlentechnik erzeugt wird, können wir Holzkohle leicht zersetzen, um Methan zu produzieren“, sagte Professor Baek. „Wir gehen davon aus, dass mit dieser Methode sogar Methan aus Kohle, einem holzkohleähnlichen fossilen Brennstoff, hergestellt werden kann.“

In dieser Studie demonstrierte das Forschungsteam eine mechanochemische Methode, die sowohl zu einer schnelleren Reaktionsgeschwindigkeit als auch zu einem neuen Syntheseweg führt. Die Reaktionsgeschwindigkeit wurde dramatisch um bis zu 4 Größenordnungen im Vergleich zur herkömmlichen thermischen Methode erhöht. Gleichzeitig zeigte die Reaktion mit einem Kobaltkatalysator eine sehr hohe Selektivität (99,8 % CH4 gegenüber 80 % unter thermischen Bedingungen), stellte das Forschungsteam fest.

Außerdem zeigte ihre Studie, dass dieser extreme Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit auf die kontinuierliche Aktivierung reaktiver Kohlenstoffspezies durch Mechanochemie zurückzuführen ist. Die hohe Selektivität steht in engem Zusammenhang mit der Aktivierung bei niedrigen Temperaturen, bei denen höhere Kohlenwasserstoffe schwer zu bilden sind. Nach Angaben des Forschungsteams soll diese Arbeit Studien zur Kohlenstoff-Hydrogasifizierung und anderen Fest-Gas-Reaktionen voranbringen.

„Unsere Arbeit führt eine neue Methode zur Hydrogasifizierung von Kohlenstoff ein, mit hohen Raten bei niedrigen Temperaturen. Die synthetisierten Kohlenwasserstoffe sind CO2-neutral“, bemerkte das Forschungsteam. „Der gesamte Zyklus, von der Biomasseproduktion über die mechanochemische Kohlenstoffhydrovergasung (CHG) bis hin zur Methannutzung, ist ein Netto-Kohlendioxid-Emissionsprozess von Null und könnte teilweise netto-negativ sein.“

Laut dem Forschungsteam ist dies eine wichtige Perspektive, um die begrenzten CO2-positiven Erdgasreserven zu ersetzen und die globale Erwärmung zu verhindern. „Unsere Erkenntnisse können als nicht-oxidatives Verfahren zur Regenerierung koksvergifteter Katalysatoren genutzt werden, was häufig in der großindustriellen Produktion erforderlich ist“, sagte Professor Baek. „Diese Methode vermeidet nicht nur die Aggregation beim Verbrennen des Kohlenstoffs aufgrund der stark exothermen Natur der Reaktion, sondern reduziert gleichzeitig auch die Katalysatorgröße.“