To tiår med katalytisk forskning har gitt resultater i industrien – mer miljøvennlig, renere og smartere. Fischer-Tropsch-syntese (FTS) og heterogen hydroformylering er to hjørnesteiner i moderne kjemisk produksjon. De omdanner syntesegass (en blanding av CO og H₂, vanligvis utvunnet fra kull eller biomasse) til hydrokarboner og oksygenforbindelser som danner grunnlaget for drivstoff-, plast- og farmasøytisk industri. Men i over et århundre har utfordringer med selektivitet, katalysatorlevetid og prosessintegrasjon forhindret bredere industriell bruk – frem til nå.
I en nylig publisert rapport i Chinese Journal of Catalysis (DOI: 10.1016/S1872-2067(25)64701-2 ) presenterer et team ledet av professor Yunjie Ding og professor Li Yan ved Dalian Institute of Chemical Physics (DICP), i samarbeid med Dr. Ronghe Lin (Zhejiang Normal University) og Dr. Shenfeng Yuan (Zhejiang University), en omfattende plan for vitenskapelige gjennombrudd som vil føre disse tradisjonelle reaksjonene inn i en moderne æra med grønn kjemi.
studiepoeng
Kinesisk tidsskrift for katalyse
En ny generasjon Co-CoΔC-katalysatorer for FTS. Teamet utviklet en serie karbonstøttede kobolt-koboltkarbid (Co-CoΔC)-katalysatorer som fundamentalt endrer FTS-ytelsen. Ved å finjustere grensesnittet mellom metallisk kobolt og karbidfasen oppnådde de to aktive steder som styrer syntesegassmolekyler gjennom kontrollerte CC-koblings- og CO-innsettingstrinn, og dermed muliggjør selektiv dannelse av langkjedede α-alkoholer og olefiner. Disse funnene, støttet av DFT-beregninger og operandospektroskopi, ble implementert med hell. En industriell suspensjonsfasereaktor med en kapasitet på 150 kt/a basert på Co-CoΔC-systemet har vært i full drift i Yulin, Kina, siden 2020 – den første slike karbonstøttede kokatalysatoren i global bruk.
Enkeltatomige Rh-katalysatorer transformerer hydroformylering. For å overvinne de kjente problemene med separasjon og edelmetallutvasking i homogen Rh-basert hydroformylering, utviklet forskere en enkeltatomig Rh-katalysator forankret til en porøs organisk polymer (POP): Rhα/POPs-PPhα. Katalysatoren har robuste multidentate Rh-P-bindinger og tilbyr eksepsjonell aktivitet, forbigående svovelforgiftning og selvgjenoppretting, samt strukturell integritet under tøffe industrielle forhold. I 2020 ble denne innovasjonen skalert opp til verdens første kommersielle heterogene hydroformyleringsanlegg i Zhenhai, Kina. Det produserer 50 kt/a n-propanol fra etylen med enestående katalysatoreffektivitet og levetid. Rh- og ligandtap er ubetydelige, og reaktoren opererer kontinuerlig, noe som representerer et transformerende trinn i funksjonalisering av grønne olefiner.
Utvidelse av verdikjeden mot produkter med høy verdi. Basert på disse katalytiske plattformene utviklet de også integrerte separasjonssystemer og ekstraksjonsprosesser for å isolere alkoholer og parafiner fra komplekse FTS-produktblandinger med høy renhet. De utvidet verdikjeden ytterligere ved å konvertere α-alkoholene fra FTS til råvarer med høy verdi, som α-olefiner, smøremidler og fettsyrer, som vanligvis ikke syntetiseres fra kull.
Fra praktisk laboratorieinnsikt til kommersielle milepæler illustrerer denne forskningen hvordan en tilnærming basert på katalysatorutvikling og prosesskobling kan åpne opp nye industrielle muligheter for bruk av syntesegass, spesielt i kullrike økonomier som går over til en lavkarbonfremtid.
