Una scoperta fondamentale sul processo Fischer Tropsch, una reazione catalitica utilizzata nell’industria per convertire carbone, gas naturale o biomassa in combustibili liquidi, potrebbe un giorno consentire una produzione di carburante più efficiente.
I ricercatori della Washington State University hanno scoperto oscillazioni autosostenute precedentemente sconosciute nel processo Fischer Tropsch. Hanno scoperto che, a differenza di molte reazioni catalitiche che hanno uno stato stazionario, questa reazione si muove periodicamente avanti e indietro da uno stato di attività alta a uno stato di bassa attività. La scoperta, riportata in Scienzasignifica che questi stati oscillatori ben controllati potrebbero essere utilizzati in futuro per aumentare la velocità di reazione e le rese dei prodotti desiderati.
“Di solito, le oscillazioni di velocità con grandi variazioni di temperatura sono indesiderate nell’industria chimica a causa di problemi di sicurezza”, ha affermato l’autore corrispondente Norbert Kruse, professore distinto di Voiland presso la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering della WSU. “Nel caso presente, le oscillazioni sono sotto controllo e meccanicamente ben comprese. Con una tale base di comprensione, sia sperimentalmente che teoricamente, l’approccio nella ricerca e nello sviluppo può essere completamente diverso: si ha davvero un approccio basato sulla conoscenza, e questo ci aiuterà enormemente.”
Sebbene il processo Fischer Tropsch sia comunemente utilizzato per la produzione di combustibili e prodotti chimici, i ricercatori hanno una scarsa comprensione di come funziona il complesso processo di conversione catalitica. Il processo utilizza un catalizzatore per convertire due semplici molecole, idrogeno e monossido di carbonio, in lunghe catene di molecole, gli idrocarburi ampiamente utilizzati nella vita quotidiana.
Mentre da più di un secolo nella ricerca e nello sviluppo dei combustibili e dell’industria chimica viene utilizzato un approccio basato su tentativi ed errori, i ricercatori saranno ora in grado di progettare catalizzatori in modo più intenzionale e regolare la reazione per provocare stati oscillatori che potrebbero migliorare la capacità catalitica. prestazione.
I ricercatori si sono imbattuti per caso nelle oscillazioni per la prima volta dopo che lo studente laureato Rui Zhang si è rivolto a Kruse con un problema: non era in grado di stabilizzare la temperatura nella sua reazione. Mentre lo studiavano insieme, ne scoprirono le sorprendenti oscillazioni.
“È stato piuttosto divertente”, ha detto Kruse. “Me l’ha mostrato e io ho detto: ‘Rui, congratulazioni, hai delle oscillazioni! E poi abbiamo sviluppato questa storia sempre di più”.
I ricercatori non solo hanno scoperto che la reazione sviluppa stati di reazione oscillatori, ma perché lo fa. Cioè, quando la temperatura della reazione aumenta a causa della produzione di calore, i gas reagenti perdono il contatto con la superficie del catalizzatore e la loro reazione rallenta, riducendo così la temperatura. Quando la temperatura è sufficientemente bassa, la concentrazione dei gas reagenti sulla superficie del catalizzatore aumenta e la reazione riprende velocità. Di conseguenza, la temperatura aumenta per chiudere il ciclo.
Per lo studio, i ricercatori hanno dimostrato la reazione in un laboratorio utilizzando un catalizzatore di cobalto di uso frequente, condizionato con l’aggiunta di ossido di cerio, e quindi hanno modellato il suo funzionamento. Il coautore Pierre Gaspard dell’Université Libre de Bruxelles ha sviluppato uno schema di reazione e teoricamente ha imposto temperature che cambiano periodicamente per replicare le velocità sperimentali e la selettività della reazione.
“È così bello che siamo stati in grado di modellarlo teoricamente”, ha detto l’autore corrispondente Yong Wang, Regents Professor presso la Voiland School della WSU e che ha anche co-consulente Zhang. “I dati teorici e quelli sperimentali coincidevano quasi.”
Kruse lavora sulle reazioni oscillatorie da più di 30 anni. La scoperta del comportamento oscillatorio con la reazione Fischer Tropsch è stata molto sorprendente perché la reazione è meccanicamente estremamente complicata.
“A volte proviamo molta frustrazione nella nostra ricerca perché le cose non stanno andando come pensi che dovrebbero, ma poi ci sono momenti che non puoi descrivere”, ha detto Kruse. “È così gratificante, ma” gratificante “è un termine debole”. espressione per l’eccitazione di aver avuto questa fantastica svolta.”
Il lavoro è stato sostenuto dal Chamroad Chemical Industry Research Institute Co., Ltd., dalla National Science Foundation e dal programma Basic Energy Sciences Catalysis Science del Dipartimento dell’Energia.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
