In Utrecht is een katalysator ontwikkeld die synthesegas tamelijk selectief omzet in etheen, propeen en buteen. Zowel biomassa als steenkool worden zo veel beter inzetbaar als aardolievervanger, suggereert een publicatie in Science.

De uitvinding vormt een belangrijke uitbreiding van het arsenaal van zogeheten Fischer-Tropschkatalysatoren. Dergelijke katalysatoren worden al sinds de jaren 20 van de vorige eeuw gebruikt om steenkool, aardgas of biomassa om te zetten in synthetische benzine en andere brandstoffen. Daartoe vergas je die koolwaterstoffen eerst tot synthesegas (een mengsel van waterstof en koolstofmonoxide), waarna je dat gas als het ware opnieuw polymeriseert tot nieuwe koolwaterstoffen in een handzamer formaat.

Probleem was tot nu toe alleen dat het klassieke FT-proces (ook bekend als gas to liquids) koolstofketens oplevert in alle mogelijke maten, behalve de hele korte. Terwijl uitgerekend etheen en propeen gelden als de belangrijkste bouwstenen van de chemische industrie. Een oplossing zou kunnen zijn om de FT-producten te ‘kraken’, net zoals je met nafta doet. Ook zijn er plannen om het synthesegas via een heel ander proces om te zetten in methanol en dan dáár langs katalytische weg etheen of propeen van te maken. Maar echt aantrekkelijk zijn zulke omwegen niet.

Prof. Krijn de Jong, promovenda Hirsa Torres Galvis en collega’s hebben nu voor het eerst een bruikbare Fischer-Tropschkatalysator gemaakt die wèl ongeveer 60 procent van het synthesegas omzet in ‘lagere olefinen’, dus C₂ tot en met C₄.

Om te beginnen kozen ze voor ijzer in plaats van het meer gebruikelijke kobalt. Al langer is bekend dat ijzer in principe kortere koolstofketens oplevert, en het is nog veel goedkoper ook.

Pure ijzerkatalysatoren gaan echter gemakkelijk klonteren bij de hoge temperaturen, die gebruikelijk zijn bij het FT-proces. Vandaar dat het ijzer in Utrecht wordt ingezet in de vorm van nanodeeltjes (20 nm diameter) op een inerte drager. Aluminiumoxide en koolstofnanobuisjes blijken hier allebei heel goed geschikt voor te zijn.

En het geheim van de smid is dan dat er een heel klein beetje zwavel en natrium bij moet om de katalytische activiteit van het ijzer te versterken. Torres Galvis kwam daar per ongeluk achter. Ze gebruikte ammoniumijzercitraat als bron voor het ijzer, een deel van dat citraat bleek verontreinigd, en alleen dat verontreinigde citraat leverde een werkende katalysator op.

De lab-proeven doen vermoeden dat de nieuwe katalysator robuust genoeg is voor industrieel gebruik. Mogelijk zullen we over een paar jaar weten of die indruk juist is.

bron: Science, NRC Handelsblad