Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com. De browserversie die u gebruikt, biedt beperkte CSS-ondersteuning. Voor het beste resultaat raden we aan een nieuwere versie van uw browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen). Om de ondersteuning te blijven garanderen, tonen we de site in de tussentijd zonder opmaak of JavaScript.
In het tijdschrift Joule rapporteren Ung Lee en collega's nu over een onderzoek naar een pilotinstallatie voor de hydrogenering van koolstofdioxide tot mierenzuur (K. Kim et al., Joule https://doi.org/10.1016/j. Joule.2024.01 ). 003;2024). Dit onderzoek toont de optimalisatie van verschillende belangrijke elementen van het productieproces aan. Op reactorniveau kan het overwegen van belangrijke katalysatoreigenschappen zoals katalytische efficiëntie, morfologie, wateroplosbaarheid, thermische stabiliteit en beschikbaarheid van grondstoffen op grote schaal bijdragen aan betere reactorprestaties, terwijl de benodigde hoeveelheden grondstoffen laag blijven. De auteurs gebruikten hier een ruthenium (Ru)-katalysator ondersteund op een gemengd covalent triazine-bipyridyl-tereftalonitril-framework (aangeduid als Ru/bpyTNCTF). Ze optimaliseerden de selectie van geschikte amineparen voor efficiënte CO2-afvang en -conversie. Ze kozen N-methylpyrrolidine (NMPI) als reactief amine om CO2 af te vangen en de hydrogeneringsreactie tot formiaat te bevorderen, en N-butyl-N-imidazool (NBIM) als reactief amine. Nadat het amine was geïsoleerd, kon het formiaat worden geïsoleerd voor verdere productie van mierenzuur (FA) door de vorming van een trans-adduct. Daarnaast verbeterden ze de bedrijfsomstandigheden van de reactor wat betreft temperatuur, druk en H2/CO2-verhouding om de CO2-conversie te maximaliseren. Qua procesontwerp ontwikkelden ze een apparaat bestaande uit een druppelbedreactor en drie continue destillatiekolommen. Het resterende bicarbonaat wordt afgedestilleerd in de eerste kolom; NBIM wordt bereid door de vorming van een trans-adduct in de tweede kolom; het mierenzuurproduct wordt verkregen in de derde kolom; Ook de materiaalkeuze voor de reactor en de toren werd zorgvuldig overwogen. Voor de meeste onderdelen werd roestvrij staal (SUS316L) gekozen, terwijl voor de derde toren een commercieel verkrijgbaar materiaal op zirkoniumbasis (Zr702) werd geselecteerd om corrosie van de reactor te verminderen vanwege de weerstand tegen corrosie van de brandstofassemblage. Bovendien zijn de kosten relatief laag.
Na een zorgvuldige optimalisatie van het productieproces – het selecteren van de ideale grondstof, het ontwerpen van een druppelbedreactor en drie continue destillatiekolommen, het zorgvuldig selecteren van materialen voor de kolomwand en de interne vulling om corrosie te verminderen, en het fijn afstellen van de bedrijfsomstandigheden van de reactor – hebben de auteurs een pilotinstallatie met een dagelijkse capaciteit van 10 kg brandstofassemblage gerealiseerd die meer dan 100 uur stabiel kan functioneren. Door middel van een zorgvuldige haalbaarheids- en levenscyclusanalyse heeft de pilotinstallatie de kosten met 37% en het broeikasgaspotentieel met 42% verlaagd in vergelijking met traditionele brandstofassemblageproductieprocessen. Bovendien bedraagt ​​het algehele rendement van het proces 21% en is de energie-efficiëntie vergelijkbaar met die van brandstofcelvoertuigen op waterstof.
Qiao, M. Proefproductie van mierenzuur uit gehydrogeneerd koolstofdioxide. Nature Chemical Engineering 1, 205 (2024). https://doi.org/10.1038/s44286-024-00044-2