Nanoteknologi baner vejen for træsprit som miljøvenligt brændstof

Gasarterne brint, kulmonoxid og kuldioxid kan omdannes til metanol, der nok er bedre kendt som træsprit. Metanol kan bruges som flydende brændstof, og hvis det kan fremstilles på en effektiv og miljøvenlig måde, kan det blive vigtigt i den grønne omstilling.

Derfor vil forskerne gerne have tjek på, hvordan man mest effektivt kan fremstille metanol. Specielt skal man have fat i en rigtig god katalysator, som er helt afgørende i fremstillingsprocessen. Uden en katalysator, som sætter turbo på den kemiske proces, er der ikke meget metanol at hente.

Forskerne har længe vidst, at katalysatorer baseret på kobber er ret effektive, især hvis små kobberpartikler blandes med zinkoxid. Men hvorfor, det er sådan, er først blevet afsløret nu, hvor forskere fra det danske firma Haldor Topsøe har arbejdet sammen med fysikere fra Center for Individual Nanoparticle Functionality, der hører under Institut for Fysik på Danmarks Tekniske Universitet.

De har kigget på, hvordan sådan en katalysator egentlig ser ud på det atomare niveau, og hvordan man får den mest effektive katalysator. Det er der kommet en artikel i det videnskabelige tidsskrift Science ud af.

»Vi ville gerne beskrive, hvad der foregår på nanoniveau og så bruge den viden til at lave katalysatoren bedre på makroniveau,« siger medforfatter Jens Sehested, der er seniorforsker hos Haldor Topsøe.

Zink giver en bedre kobberkatalysator

I metanol-katalysatorer foregår reaktionerne på kobber-nanopartikler, og ideen med at bruge kobber og zinkoxid ved fremstillingen af metanol er ikke ny. Metoden har været brugt siden 1966.

»Traditionelt har zinkoxid været brugt til at separere de små kobberpartikler, der er det aktive materiale i katalysatoren. Men zinkoxid øger også aktiviteten af kobberet temmelig kraftigt, og det har været diskuteret, hvordan det virker. Det er det, vi har undersøgt,« forklarer Jens Sehested.

»Vi viser, at zinkatomer bliver inkorporeret i overfladen af kobberpartiklerne. Og vi kan måle, at aktiviteten af kobberet øges kraftigt – det producerer tre-fire gange mere methanol – når vi har meget zink i kobberoverfladen.«

Processen kan optimeres

Når ganske små kobberpartikler med en diameter på cirka 10 nanometer – en hundredtusindedel millimeter – bliver delvist belagt med zink, fungerer de langt bedre som katalysator. Så kan gasserne blive til metanol meget hurtigere.

Forskerne fandt også ud af, hvordan zinkbelægningen afhænger af forholdet mellem kulmonoxid (CO) og kuldioxid (CO₂) i den gasblanding, der bliver til metanol, og hvor små zinkoxidpartiklerne helst skal være for at give den bedste effekt.

»Vores hovedbudskab er, at man kan tune aktiviteten af katalysatoren. Nu kan man bruge vores model til at kontrollere effekten. Vi viser, at hvis man bruger meget små zinkoxid-krystaller, så kan man lave en bedre katalysator. Omvendt må kobberpartiklerne ikke være alt for små,« siger Jens Sehested.

Han gør dog i samme ombæring opmærksom på, at der stadig er et stykke arbejde, der skal gøres:

»Fordi man ved, hvordan en jordbærkage ser ud, og man har ingredienserne, er det jo ikke sikkert, at man kan lave den. Det er den udfordring, vi arbejder på. Vi vil bruge disse principper til at udvikle en katalysator, der kan lave metanol mere effektivt. Med en mere aktiv katalysator kan man få mere metanol ud af reaktorerne, som også kan blive mindre.«

Miljøet kan spares for CO2

Hvis metanol, fremstillet af biomasse, bruges i transportsektoren, spares miljøet for CO₂, så en effektiv fremstilling af metanol kan vise sig vigtig, fortæller Johan Vium, der er ingeniør hos Teknologisk Institut, hvor han har beskæftiget sig med anvendelsen af metanol i transportsektoren:

»Det giver rigtig god mening med metanol som energibærer i fremtiden, hvor vi skal gå over til vedvarende brændstoffer. Metanol er en rigtig god energibærer, der kan bruges mange steder.«

»Det kan fremstilles klimavenligt ud fra biomaterialer og kan blandes i benzinen eller omdannes til æter eller biodiesel, der kan bruges i dieselkøretøjer. Hvis motoren er bygget til det, kan den også køre på ren metanol – det gøres blandt andet i Kina. Metanol kan desuden drive brændselsceller, der kan lave strøm, som elbiler kan køre på. Så det er vigtigt at kunne producere metanol effektivt og billigt.«

I Sverige har der været et projekt, hvor Volvo-lastbiler har kørt på æter fremstillet af biometanol, og i Island omdannes CO₂ og brint udvundet ved hjælp af vedvarende energi til metanol. Uden katalysatorer ville projekter som disse ikke være mulige, og med nye katalysatorer som dem, de danske forskere beskriver, kan metanol blive væsentlig brik i fremtidens energipuslespil.