Araştırmacılar, sera gazlarından enerji üreten kuru reform reaksiyonlarında kullanılan bir katalizörü başarıyla geliştirdiler. Yeni geliştirilen kendi kendine üreten katalizör, yüksek dayanıklılık sunar ve geleneksel katalizörlere kıyasla metal kullanımını önemli ölçüde azaltır ve ekonomik verimliliği büyük ölçüde artırır.
Çalışma dergide yayınlandı ACS kataliz. Ekip, Seul Ulusal Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendislik Bölümü’nden Profesör Woochul Jung ile işbirliği içinde Kore Enerji Araştırmaları Enstitüsü’ndeki yüksek sıcaklıkta elektroliz laboratuvarından Dr. Heeyeon Kim ve Dr. Yoonseok Choi’yi içeriyordu.
Kuru reform, hidrojeni (H₂) ve karbon monoksiti (CO) sentezlemek için yüksek sıcaklıklarda metan (CH₄) ve karbondioksit (CO₂) ile reaksiyona giren bir teknolojidir. Sera gazlarını azaltarak, hidrojen, anahtar enerji kaynağı ve çok yönlü syngas üretirken küresel ısınmaya yardımcı olur. Bu nedenlerden dolayı, hem akademi hem de endüstride aktif bir araştırma alanı olmuştur.
Kuru reform reaksiyonları tipik olarak hem uygun maliyetli hem de yüksek performanslı olan nikel (NI) katalizörleri kullanır. Bununla birlikte, reaksiyon sırasında, karbon katalizör yüzeyine birikme eğilimindedir ve bu da performansta hızlı bir düşüşe yol açar. Bu kok birikimi, uzun vadeli operasyon ve ticarileştirmenin önündeki büyük bir engeldir, yeni katalizör tasarımlarına ve çalışma koşullarının optimizasyonuna aktif araştırmalara yol açar.
Alternatif olarak, perovskit bazlı oksitler kullanan kendi kendine üreten katalizör teknolojisi çok dikkat çekiyor. Bu yaklaşımda, metal katalizör desteği içinde bulunur ve reaksiyon koşulları altında katalitik aktif bölgeler oluşturmak için yüzeye göç eder. Ortaya çıkan metal parçacıklar, destekle güçlü bir şekilde bağlanır ve karbon birikimini etkili bir şekilde bastırır. Sonuç olarak, geleneksel nikel katalizörlere kıyasla, kendi kendini üreten katalizörler uzun vadeli operasyonda performansı koruyabilir.
Araştırma ekibi, kuru reform reaksiyonlarının yüksek sıcaklık koşulları altında bile stabil bir şekilde çalışan kendi kendini üreten bir katalizör geliştirmek için atomlar arası bağlama gücünü optimize etti. Bu katalizör kullanılarak, geleneksel katalizörlerin gerektirdiği nikelin sadece% 3’ü ile aynı miktarda syngas üretilebilir.
Kendi kendine üreten katalizörlerde, iç metal elemanlarının yüzeye göç etmesi o kadar kolay olursa, reaksiyon oranı o kadar hızlı olur. Bununla birlikte, bu çalışmada kullanılan Lanthanum manganit (Lamno₃) tabanlı perovskit oksit desteğinin güçlü atomlar arası bağları vardı, bu da iç metal parçacıklarının ortaya çıkmasını zorlaştırdı. Bunu ele almak için araştırma ekibi, kalsiyum iyonları (Ca²⁺) ile oksit desteğinde lantanim iyonlarını (La³⁺) değiştirerek, atomlar arası bağ kuvvetini azaltır ve katalizör yüzeyine göç etmesini sağlar.
Bununla birlikte, ekip aşırı miktarda kalsiyum eklemenin perovskit yapısının çökmesine neden olabileceğini ve bu da katalizör stabilitesi ve aktivitesinin azalmasına neden olabileceğini buldu. Bu bulguya dayanarak, optimal kalsiyum ikamesi aralığını belirlediler ve karbon birikimine ve güçlü reform aktivitesine karşı yüksek direnç sunarken stabil olarak çalışan bir kendi kendine üreten katalizör başarılı bir şekilde geliştirdiler.
Geleneksel katalizörlerle karşılaştırıldığında, yeni geliştirilen katalizör aynı miktarda syngas üretmek için nikelin sadece% 3’ünü gerektirmiştir. Ayrıca, aktiviteleri toplama ve koklama ile kolayca azaltılan geleneksel katalizörlerin aksine, yeni katalizör, 800 ° C’de 500 saatlik uzun süreli operasyon için yüksek dönüşüm verimliliğini, karbon birikimi belirtileri olmadan-ödenmemiş dayanıklılığını belirterek.
Baş araştırmacı Dr. Kim, “Kendi kendine üreten katalizör teknolojisi, katalizör deaktivasyon sorunlarını sadece geleneksel nikel katalizörlerinin kok birikimi ile etkili bir şekilde çözmekle kalmayıp, aynı zamanda hammadde ve reaksiyon süreçlerinin maliyetlerini önemli ölçüde azaltan çığır açan bir yeniliktir.”
Makalenin ortak yazarı olan Dr. Choi, “Bu çalışma, sadece kuru reform reaksiyonları için değil, aynı zamanda çok çeşitli hidrokarbon reform süreçleri, yüksek sıcaklıkta su elektrolizi (SOEC) ve diğer yeni nesil enerji dönüşüm sistemlerine uygulanabilir bir çekirdek teknolojiyi güvence altına aldığı için son derece önemlidir.”
