Με την αντίδραση του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) με υδρογόνο (Η2) στον αντιδραστήρα, μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και νερό (Η2Ο) αποδίδεται. Αυτή η χημική αντίδραση ονομάζεται αντίστροφη μετατόπιση αερίου νερού (RWGS). Είναι μια σημαντική διαδικασία καθώς το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) που προκύπτει μπορεί στη συνέχεια να συνδυαστεί με υδρογόνο για να παραχθεί αέριο σύνθεσης ή συνθετικό αέριο που είναι αέριο από μη-ορυκτές πηγές. Η αντίστροφη μετατόπιση αερίου νερού θεωρείται πολλά υποσχόμενη για την προώθηση της βιώσιμης παραγωγής ενέργειας και την αντικατάσταση των παραδοσιακών ορυκτών καυσίμων.
Ο παραδοσιακός καταλύτης που χρησιμοποιείται στο RWGS βασίζεται στο νικέλιο επειδή η αντίδραση διεξάγεται κάτω από 800 βαθμούς και το νικέλιο μπορεί να αντέξει τέτοια θερμότητα. Το πρόβλημα είναι ότι με την πάροδο του χρόνου η απόδοση του νικελίου θα μειωθεί επειδή τα σωματίδια θα ενωθούν και τότε η μειωμένη περιοχή θα προκαλέσει μειωμένη απόδοση. Ο τρόπος για να το αντιμετωπίσετε είναι η μείωση της θερμοκρασίας. Ωστόσο, κάτω από χαμηλή θερμοκρασία, θα σχηματιστούν ανεπιθύμητα υποπροϊόντα όπως το μεθάνιο και ως αποτέλεσμα, χαμηλή απόδοση μονοξειδίου του άνθρακα. Μια ερευνητική ομάδα στην Κορέα ανέπτυξε πρόσφατα έναν νέο καταλύτη με βάση τον χαλκό που έχει δείξει αξιοσημείωτη απόδοση σε θερμοκρασία 400 βαθμών.
Σε αντίθεση με το νικέλιο, με τον χαλκό ως καταλύτη, η αντίστροφη αντίδραση μετατόπισης αερίου νερού παράγει μόνο μονοξείδιο του άνθρακα κάτω από 400 βαθμούς χωρίς να σχηματίζει μεθάνιο. Ωστόσο, ο χαλκός θα χάσει τη θερμική του σταθερότητα καθώς η θερμοκρασία πλησιάζει τους 400 βαθμούς. Η κορεατική ερευνητική ομάδα αντιμετώπισε αυτό το ζήτημα εισάγοντας μια δομή διπλού υδροξειδίου με στρώματα όταν σχεδιάζει τον καταλύτη. Αυτή η πολυεπίπεδη δομή αποτελείται από λεπτά μεταλλικά φύλλα με μόρια νερού και ανιόντα ανάμεσά τους. Οι ερευνητές μπορούν να τροποποιήσουν τα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά του καταλύτη τροποποιώντας την αναλογία και τον τύπο των μεταλλικών ιόντων. Αυτή η ομάδα έχει προσθέσει σίδηρο και μαγνήσιο για να γεμίσει τα κενά μεταξύ του χαλκού, έτσι ώστε όταν αυξάνεται η θερμοκρασία τα σωματίδια χαλκού να μην συσσωρεύονται και να μην διακυβεύεται η απόδοση.
Το αποτέλεσμα δείχνει ότι ο νεοσχηματισμένος καταλύτης χαλκού-σιδήρου-μαγνήσιου ξεπερνά τον εμπορικό καταλύτη με βάση τον χαλκό- κατά 1,7 φορές ταχύτερα στην παραγωγή μονοξειδίου του άνθρακα και κατά 1,5 φορές υψηλότερη απόδοση σε θερμοκρασία 400 βαθμών . Ο κορυφαίος επιστήμονας της ομάδας είπε ότι «Η χαμηλή-θερμοκρασία CO2 Η τεχνολογία καταλύτη υδρογόνωσης είναι ένα καινοτόμο επίτευγμα που επιτρέπει την αποτελεσματική παραγωγή μονοξειδίου του άνθρακα χρησιμοποιώντας φθηνά και άφθονα μέταλλα. Μπορεί να εφαρμοστεί άμεσα στην παραγωγή βασικών πρώτων υλών για βιώσιμα συνθετικά καύσιμα. Προχωρώντας, θα συνεχίσουμε την έρευνά μας για να επεκτείνουμε την εφαρμογή της σε πραγματικές βιομηχανικές συνθήκες, συμβάλλοντας έτσι στην υλοποίηση της ουδετερότητας του άνθρακα και στην εμπορευματοποίηση βιώσιμων τεχνολογιών παραγωγής συνθετικών καυσίμων».
Παραπομπές:
- Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας Επιστήμης & Τεχνολογίας. «Μετατρέποντας το CO2 σε καθαρό καύσιμο πιο γρήγορα και φθηνότερα». ScienceDaily. ScienceDaily, 5 Νοεμβρίου 2025.
. - Yeji Choi, Byeong-Seon An, Gi Dong Sim, Unho Jung, Yongha Park, Kee Young Koo. Σύνθεση καταλυτών CuO που υποστηρίζονται σε μικτά οξείδια τροποποιημένα με Fe-με υψηλούς ρυθμούς σχηματισμού CO σε υδρογόνωση CO2 χαμηλής-θερμοκρασίας. Applied Catalysis B: Environment and Energy, 2025; 377: 125475 DOI: 10.1016/j.apcatb.2025.125475