Adsorptie van stikstofoxiden door fosfowolfraamzuur is een entropiegedreven proces. Vandaar dat de NOx er uitkomt bij afkoeling, schrijven Vlaamse wetenschappers in Angewandte Chemie.

Normaal gesproken is adsorptie enthalpiegedreven en komt het gas er juist bij verwarming weer uit. Eigenlijk is dat precies wat je niet moet hebben wanneer je hete rookgassen wilt ontdoen van NOx.

Het gedrag van fosfowolfraamzuurkristallen leent zich veel beter voor dat proces, althans in theorie. Je laat het hete gas (minimaal 170 graden Celsius) er gewoon een tijdje langsstromen, waarna je het adsorptiemiddel aan de buitenlucht laat afkoelen terwil je de vrijkomende NOx opvangt. Het energieverbruik zou dan minimaal zijn.

Dat fosfowolfraamzuur (H₃PW₁₂O₄₀, een zogeheten Keggin-heteropolyzuur) deze eigenschap vertoont, was al eerder waargenomen. Maar de Vlamingen hebben nu ook de theoretische achtergrond weten te achterhalen.

Er waren twee universiteiten bij betrokken: het Centrum voor Oppervlaktechemie en Katalyse van de KU Leuven synthetiseerde het materiaal en volgde de veranderingen in de moleculaire structuur tijdens de adsorptie, met röntgendiffractie en NMR. Binnen het Centrum voor Moleculaire Modellering van de UGent werden vervolgens computersimulaties gedaan.

Er kwam uit dat het proces alleen werkt als je begint met H₃PW₁₂O₄₀.6H₂O, dus fosfowolfraamzuur dat een beetje kristalwater bevat. De adsorptie (juister: chemisorptie) komt dan in feite neer op het vervangen van 15 watermoleculen door 3 NO en 3 NO₂. Die reactie kost energie maar er gaan veel meer moleculen het kristal uit dan er in gaan, wat een ruime entropieverhoging oplevert. Hoe hoger de temperatuur, hoe harder dat effect gaat meetellen. Boven een bepaalde T krijgt de NOx-adsorptie de overhand. Zit je daaronder, dan komt NOx vrij en wordt het vrijgekomen water als het ware terug het kristal in gezogen.

Dat die drempeltemperatuur volgens de berekeningen 300 grande Celsius bedraagt en in de praktijk slechts 170 graden, zou aan vereenvoudigingen in het rekenmodel moeten liggen.

Of deze adsorptie ook echt praktisch toepasbaar is, zullen verdere proeven moeten uitwijzen. Maar de publicatie vermeldt alvast dat de adsorptiecapaciteit van fosfowolfraamzuur vrij hoog is (38 mg/g) en de de persdienst van de UGent voegt er aan toe dat het spul ‘bijzonder goedkoop’ is.

bron: UGent