Voor de beste ervaring schakelt u JavaScript in en gebruikt u een moderne browser!
Switch to English

Chemici van de Universiteit van Amsterdam (UvA) hebben op basis van patenten uit de audiocassette-industrie in de jaren zestig een nieuwe Fischer-Tropsch-katalysator ontwikkeld. Deze katalysator kan worden gebruikt voor de productie van synthetische brandstoffen uit aardgas en biomassa. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd als VIP-artikel in Angewandte Chemie.

Synthese van Fischer-Tropsch katalysatoren geïnspireerd door patenten uit de cassette-industrie
Afbeelding: Itamar Daube (www.itamardaube.com)

De onderzoekers - Robert Calderone, Raveendran Shiju en Gadi Rothenberg van het Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences van de UvA - zijn erin geslaagd ijzeroxidedeeltjes met kobaltomhulsels van nanometerdikte te ontwikkelen. Deze nieuwe materialen zijn uitstekende Fischer-Tropsch (FT)-katalysatoren die goede dieselfracties opleveren.

Het FT-proces maakt het mogelijk traditionele brandstoffen zoals diesel en kerosine te produceren uitgaand van ‘syngas’, een mengsel van waterstof en koolmonoxide verkregen uit aardgas, biomassa of kolen. Door de grote reserves aan schaliegas en aardgas en de daarmee samenhangende transformatie van de mondiale energiemarkt neemt de interesse in FT-technologie toe. Probleem is echter dat FT-reactoren erg groot zijn en doorgaans honderden tonnen katalysatoren gebruiken.

Lage kosten, hoog prestatieniveau

Katalysatoren op basis van kobalt zijn de beste keuze voor het produceren van middeldestillaten zoals diesel en kerosine met behulp van FT-technologie. Kobalt is echter kostbaar. In 2009 werd de onderzoeksgroep van Rothenberg benaderd door Total Gaz & Power met het verzoek samen met het bedrijf een nieuwe FT-katalysator te ontwikkelen. De UvA-onderzoekers namen de uitdaging aan om een goedkopere katalysator te ontwerpen die op zeer grote schaal bereid kan worden maar qua prestaties niet onderdoet voor zuiver kobalt.

Het UvA-team koos voor zogeheten oppervlakte-nucleatie van een kobaltfase op colloïden van ijzeroxide. Daarbij grepen ze terug op de methode die ondernemingen zoals TDK in de jaren zestig van de vorige eeuw gebruikten voor het produceren van magnetische tapes voor audiocassettes. Het standaard opnamemateriaal in deze cassettes bestond uit polymeertapes met sigaarvormige kobalt-gedoteerde ijzeroxidedeeltjes.

Twee jaar aan onderzoek leidde tot een goedkope, betrouwbare, efficiënte en vooral schaalbare methode voor het produceren van bolvormige core-shell-katalysatordeeltjes. Deze deeltjes hebben een gemiddelde diameter van 10 nanometer en bestaan uit een magnetietkern (ijzeroxidekern) van 8 nanometer en een kobaltomhulsel van slechts 1 nanometer. De nieuwe katalysatoren werden getest in samenwerking met de onderzoeksgroepen van Andreas Jess (Universität Bayreuth, Duitsland) en Andrei Khodakov (Université Lille 1, Frankrijk). Ze bleken uitstekende FT-katalysatoren te zijn die goede dieselfracties opleveren.

Op de nieuwe katalysatoren, en de methode voor de bereiding ervan, is octrooi aangevraagd door Total Gaz & Power van moederbedrijf Total S.A., dat de UvA-onderzoekers als mede-uitvinders vermeldt. Het onderzoek is onlangs online als een VIP-artikel in het toptijdschrift Angewandte Chemie gepubliceerd en wordt het coveronderwerp van de printversie die later dit jaar verschijnt.

Publicatiegegevens

V.R. Calderone, N.R. Shiju, D. Curulla Ferré, S. Chambrey, A. Khodakov, A. Rose, J. Thiessen, A. Jess en  G. Rothenberg: ‘De novo design of nanostructured iron-cobalt Fischer-Tropsch catalysts.’
Angewandte Chemie International Edition (2013, EarlyView). http://dx.doi.org/10.1002/anie.201209799