p Catalisadores adequados são de grande importância para aplicações eficientes de power-to-X - mas os processos moleculares que ocorrem durante seu uso ainda não foram totalmente compreendidos. Usando raios-X de um acelerador de partículas síncrotron, cientistas do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT) puderam observar pela primeira vez um catalisador durante a reação de Fischer-Tropsch que facilita a produção de combustíveis sintéticos em condições industriais. Os resultados do teste devem ser usados ​​para o desenvolvimento de catalisadores power-to-X sob medida. A equipe publicou os resultados na revista científica Reação e Engenharia Química . p A caminho de um CO ₂ - sociedade neutra, processos power-to-X (P2X), ou seja, processos que convertem energia renovável em fontes de energia química, apoiar o entrelaçamento de diferentes setores. Por exemplo, combustíveis sintéticos podem ser produzidos a partir de energia eólica ou solar, permitindo mobilidade e transporte de mercadorias amigáveis ​​ao clima sem emissões adicionais de gases de efeito estufa. A síntese Fischer-Tropsch (FTS), que é necessário para este fim, entre outras coisas, produzindo hidrocarbonetos de cadeia longa para a produção de gasolina ou diesel a partir de monóxido de carbono e hidrogênio, é um processo estabelecido na indústria química.

p Contudo, embora mais de cem anos tenham se passado desde a descoberta desta tecnologia, os processos envolvidos ainda não são totalmente compreendidos cientificamente:"Isso se aplica em particular às mudanças estruturais nos catalisadores necessários para o processo em condições industriais, "diz o professor Jan-Dierk Grunwaldt do Instituto de Tecnologia Química e Química de Polímeros (ITCP) do KIT." Durante a reação, subprodutos indesejáveis ​​podem ser formados ou podem ocorrer mudanças estruturais perturbadoras no catalisador. Até aqui, não foi explicado suficientemente como isso acontece exatamente durante a reação e quais são os efeitos no processo geral. "

p Em um projeto transdisciplinar, em cooperação com especialistas em P2X do Instituto de Engenharia de Micro Processos (IMVT) e do Instituto de Pesquisa e Tecnologia de Catálise (IKFT) do KIT, a equipe agora alcançou um avanço na compreensão do FTS em nível atômico. "Para a análise, usamos métodos de pesquisa de síncrotron, isto é, espectroscopia de absorção de raios-X e difração de raios-X, "explica Marc-André Serrer (IKFT), um dos autores do estudo. "Esta foi a primeira vez que pudemos assistir, por assim dizer, um catalisador FTS em ação no nível atômico sob condições reais de processo. "

p Embora as reações catalíticas já tenham sido estudadas de antemão com um síncrotron, um acelerador de partículas especial para gerar radiação de raios-X particularmente intensa, reações que ocorrem durante um longo período de tempo e em altas temperaturas e pressões, como na operação em tempo real em uma instalação P2X, até agora representaram um obstáculo. Para o experimento no KIT, uma nova infraestrutura de alta pressão foi adicionada à linha de medição CAT-ACT (linha de medição CATalysis e ACTinide) designada para estudos de catalisador no síncrotron KIT.

p Com essa infraestrutura - que foi construída como parte dos projetos Kopernikus do governo federal alemão para a recuperação de energia - foi possível determinar a função de um catalisador de cobalto-níquel operando a 250 ° C e 30 bar por mais de 300 horas durante o FTS. Esta também foi a primeira vez que uma quantidade suficiente de hidrocarbonetos pôde ser produzida em tal experimento que poderia ser analisada posteriormente.

p Desenvolvimento de catalisador no computador

p O experimento permitiu aos cientistas identificar depósitos de hidrocarbonetos que impedem a difusão dos gases reativos em direção às partículas ativas do catalisador. "Na próxima etapa, esses insights podem ser usados ​​para proteger o catalisador especificamente contra esses mecanismos de desativação, "diz Grunwaldt." Isso é feito, por exemplo, modificando o catalisador com promotores, ou seja, substâncias que melhoram as propriedades do catalisador. "No futuro, a nova compreensão atômica de reações catalíticas contribuirá para simulações de computador para um rápido, desenvolvimento econômico e econômico de catalisadores personalizados para processos P2X.