In Zwitserland is ontdekt hoe je met een koperhoudende zeoliet methaan kunt omzetten in methanol zonder temperatuurwisselingen. Het geheim schuilt in de druk, schrijven Jeroen van Bokhoven en zijn collega’s van de ETH en het Paul Scherrer-instituut in Angewandte Chemie.

Die omzetting is een driestapsproces. Eerst activeer je de katalysator met zuurstof, vervolgens laat je die combinatie met methaan reageren, en tot slot spoel je met stoom de gevormde methanol uit de zeoliet. Daarna begint de cyclus opnieuw met de activeringsstap.

Probleem daarbij was tot nu toe vooral dat die stappen niet bij dezelfde temperatuur verliepen. Voor de activering was minstens 280 graden Celsius nodig en liefst zelfs 450 graden, maar bij meer dan pakweg 200 graden gaat te veel methaan verbranden. Je moest dus de kat beurtelings verwarmen en afkoelen. Dat is niet alleen funest voor het energetisch rendement, maar het leidt tevens tot veel tijdverlies.

De ETH- en PSI-onderzoekers hebben nu ontdekt dat je wel degelijk de volledige cyclus kunt bedrijven bij een constante temperatuur van 200 graden Celsius. Als zeoliet gebruiken ze mordeniet waaraan ze 4,7 massaprocent koper toevoegen. Ze activeren deze kat met 1 bar zuurstof gedurende een uur of acht, waarna ze de reactie met methaan laten verlopen bij drukken oplopend tot 36 bar. De extractie met stoom verloopt ook weer bij 200 graden.

Wat er dan precies op het koper gebeurt is nog niet helemaal duidelijk, maar het wijkt duidelijk af van het eerdere proces. Activering bij hoge temperatuur leek koper-zuurstofclusters op te leveren, die zich bij minder dan 280 graden onmogelijk kunnen vormen. Bij die lagere temperatuur wordt de methanolvorming kennelijk gekatalyseerd door een ander soort koperclusters, die minder reactief zijn en alleen bij verhoogde druk een redelijke hoeveelheid methaan omzetten. Inderdaad stijgt de methanolopbrengst met de methaandruk.

Van Bokhoven en collega’s hebben deze kat al door meerdere cycli van activering, reactie en stoomextractie geloodst. Per cyclus wisten ze ongeveer 20 micromol methanol per gram zeoliet te produceren, waarbij die zeoliet niet merkbaar achteruit leek te gaan.

In de publicatie spreken ze het vermoeden uit dat er nog veel meer katalysatoren zijn die selectief methaan in methanol kunnen omzetten wanneer je er de juiste procescondities bij weet te vinden.

bron: Angewandte Chemie