Bio-geïnspireerde katalysator maakt methanol van methaan

Een internationaal onderzoeksteam met dr. Moniek Tromp van het Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) ontwikkelt een nieuwe bio-geïnspireerde katalysator voor de selectieve oxidatie van methaan tot methanol. In Nature Communications beschrijven de onderzoekers de rol van een koper trimeer als actief intermediair in het reactiemechanisme. Ze verwachten dat de nieuwe katalysator een rol kan spelen in een nieuwe kleinschalige 'gas-to-liquid' methode voor de omzetting van aardgas in brandstoffen en grondstoffen voor de chemische industrie.

In een tijd van afnemende energievoorraden groeit de belangstelling voor de winning van aardgas, ook al is dat lastig te transporteren en niet altijd makkelijk te integreren in de bestaande industriële infrastructuur. Inmiddels is daarom zogenaamde 'gas-to-liquid' (GTL) technologie ontwikkeld om het aardgas beter te kunnen benutten. GTL zet methaan, de belangrijkste component van het gas, om in vloeibare methanol en koolwaterstoffen. Die worden dan verscheept naar de chemische industrie of oliemaatschappijen wereldwijd.

Het nadeel van de bestaande GTL technologie is dat deze alleen op zeer grote schaal levensvatbaar is. Voor de benutting van kleinere gasvelden op afgelegen locaties biedt het geen perspectief. Er wordt daarom veel onderzoek gedaan naar de chemische aspecten van de omzetting van methaan.

Met name de zogenaamde partiële oxidatie van methaan lijkt een kansrijke technologie voor toepassing in kleinschalige systemen. Het vindt plaats bij relatief lage temperaturen en is daardoor energie-efficiënt en bovendien inherent veilig.
Een internationaal onderzoeksteam publiceert nu in Nature Communications een nieuwe bio-geïnspireerde methode voor deze partiële oxidatie. Het team bundelt de expertise van Moniek Tromp (UvA, Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences), Evgeny Pidko en Emiel Hensen (Technische Universiteit Eindhoven), Maricruz Sanchez-Sanchez (Technische Universität München) en Johannes Lercher (Technische Universität München en Pacific Northwest National Laboratory, VS). Het hart van hun methode is een nieuwe zeolietkatalysator, een zeer gestructureerd poreus materiaal ontwikkeld door de groep van Lercher. De katalysator imiteert het actieve centrum van een natuurlijk enzym dat effectief en selectief methaan kan omzetten in methanol.

In Nature Communications bieden de onderzoekers een uiterst gedetailleerd inzicht in de wijze waarop hun katalysator het actieve centrum van het methaanmono-oxygenase enzym MMO imiteert. Ze tonen aan dat de microporiën van het zeoliet op moleculair niveau precies de juiste omgeving vormen om een intermediaire compoment, een koperhoudend trimeer, te stabiliseren. Ze laten bovendien zien dat dit intermediair een bepalende rol speelt in de activering van het methaan molecuul en de daaropvolgende omzetting tot methanol.