Onderzoekers ontrafelen directe omzetting van aardgas naar methanol op kamertemperatuur
Methanol is één van de meest gebruikte stoffen in de chemische industrie. Er worden bijvoorbeeld brandstoffen of oplosmiddelen van gemaakt, maar ook allerlei soorten plastic die we in ons dagelijks leven gebruiken. De stof wordt gewonnen uit aardgas (methaan). In de industrie kan de grootschalige omzetting van methaan naar methanol tot nu toe enkel in meerdere stappen, onder hoge druk en aan een hoge temperatuur. Het proces vergt dus bijzonder veel energie. Daarom ontwikkelden onderzoekers in de jaren 90 een directere manier om methanol te maken, die zelfs extra energie produceert. Maar ze wisten niet wat er precies gebeurt tijdens dit proces: het was een soort ‘black box’ waar ze methaan in stopten met een grote kans dat er aan de andere kant methanol uit zou komen. Postdoctoraal onderzoeker Pieter Vanelderen (Centrum voor Oppervlaktechemie en Katalyse) is er nu voor het eerst in geslaagd om de werking van deze techniek volledig te begrijpen.
Chemische processen worden vaak op gang gebracht door een bepaalde stof toe te voegen, een zogenaamde katalysator. Veel katalysatoren zijn opgebouwd uit zeolieten, mineralen met een roosterstructuur, waaraan een bepaald atoom wordt toegevoegd. In het geval van de omzetting van methaan naar methanol gaat het om een ijzeratoom. “Wij hebben nu voor het eerst kunnen aantonen dat het atoom zich in een vlakke, gebonden oriëntatie moet vastzetten in het zeoliet (zie afbeelding)”, zegt professor Bert Sels.
“Bovendien hebben we exact kunnen definiëren hoe het ijzeratoom eruitziet dat nodig is voor de omzetting van methaan naar methanol op kamertemperatuur. En we kunnen ook omschrijven waarom deze omzettingsmethode zo succesvol is”, licht Pieter Vanelderen toe.
Nu wetenschappers weten hoe de katalysator eruitziet, kunnen ze hem gaan nabouwen en optimaliseren in het labo. Dat biedt onder meer mogelijkheden voor de omzetting van stikstofoxiden en dus ook voor het zuiveren van uitlaatgassen.
De doorbraak is te danken aan een intensieve samenwerking van de Leuvense chemici met biochemici uit Stanford. “Zij zijn gespecialiseerd in het gebruik van eiwitten als katalysator in een chemische reactie”, zegt Vanelderen. “Met hun onderzoekstechnieken hebben ze als het ware een ‘foto’ gemaakt van wat er gebeurt bij de omzetting van methaan naar methanol. Op basis daarvan konden wij zien welk specifiek ijzeratoom aan het werk was en waar het zich precies bevindt in het zeoliet.”
Nu wetenschappers weten hoe de katalysator eruitziet, kunnen ze hem gaan nabouwen en optimaliseren in het labo. Dat biedt heel wat mogelijkheden voor de toekomst. Zo zal de productie van het methanol dat nodig is voor de productie van plastic heel wat goedkoper worden. De katalysator kan bovendien nuttig zijn voor de omzetting van stikstofoxiden en dus ook voor het zuiveren van uitlaatgassen.
Geen opmerkingen: