Nieuws

Membraan maakt benzeen van methaan

In Noorwegen is een keramisch membraan ontwikkeld dat rechtstreekse omzetting van methaan in benzeen en andere aromaten praktisch toepasbaar maakt. Dat zou goedkoper moeten zijn dan de gebruikelijke gas-to-liquidsroute via synthesegas, beloven de bedenkers deze week in Science.

Net als alle gas-to-liquidsprocessen maakt deze  ‘niet-oxidatieve methaandehydroaromatisering’ (MDA) methaan gemakkelijker vervoerbaar, zodat je gasvelden kunt gaan ontginnen die te ver van de bewoonde wereld liggen om er een gaspijpleiding naar toe te leggen. Bijkomend voordeel van MDA is dat bij de reactie geen CO2 vrij komt. Het enige bijproduct is zuivere waterstof in de vorm van H2, die je ook weer nuttig kunt hergebruiken.

Katalysatoren die dit voor elkaar krijgen zijn er al langer. Ze bestaan uit nanoclusters van ‘carbided molybdenum’ (molybdeen dat met koolstofmonoxide is behandeld) op zeolieten met een passende porievorm. Vul je hier een buisvormige reactor mee en pomp je er methaan door, bij ongeveer 700 ºC, dan komt er aan de andere kant inderdaad benzeen uit.

Er zijn twee probleempjes. Ten eerste zit de reactie thermodynamisch zo in elkaar dat ze wordt geremd door de vrijkomende waterstof. Ten tweede hebben de aromaten de neiging om met elkaar door te reageren tot een roet-achtig residu: het is niet veel, maar genoeg om na korte tijd de poriën van de katalysator te verstoppen. En alle pogingen die tot nu toe zijn gedaan om de waterstof snel uit het systeem te halen, bleken de roetvorming alleen maar erger te maken. Vandaar dat deze techniek nooit is doorgebroken op industriële schaal.

In samenwerking met Noorse en Spaanse onderzoekers komt membraanproducent CoorsTek uit Oslo nu met een oplossing. In het hart van de buisreactor plaatsen ze een soort afvoerbuis voor de waterstof. Als buiswand dient een drielaags keramisch membraan dat werkt als een soort elektrochemische cel wanneer je er een elektrische spanning overheen zet. De middelste laag dient als elektrolyt: hij bestaat uit een gedoteerd bariomzirkoonoxide dat in één richting protonen doorlaat en in de andere richting zuurstofionen. De kathode, aan de afvoerkant, bestaat uit hetzefde materiaal maar dan verrijkt met nikkel. De anode, aan de zeolietkant, bevat voornamelijk koper.

Wat er vervolgens gebeurt is dat de geproduceerde waterstof aan de anode wordt gesplitst in protonen. Die migreren door het elektrolyt, worden aan de kathode weer aan elkaar gezet tot H2 en in die vorm afgevoerd.

Bevochtig je die kathode een beetje met stoom, dan splitst het nikkel zuurstofionen af van de watermoleculen. Die ionen migreren naar de anode en reageren daar weer met de aanwezige H2 tot H2O. Dat water blijkt vervolgens de roetvorming effectief te kunnen onderdrukken. Hoe dat precies werkt is nog niet duidelijk maar dat er een beetje koolstofmonoxide bij vrijkomt, is wel een aanwijzing.

Volgens de uitvinders zet de ‘katalytische co-ionische membraanreactor’ (CMR) ongeveer 80% van de inkomende methaanstroom om in benzeen. Qua koolstofefficiëntie presteert hij daamee ongeveer even goed als bestaande, grote gas-tot-liquidsplants die werken volgens het Fischer-Tropschprincipe, dus wél via synthesegas.

Maar CMR is wel een heel stuk eenvoudiger. En anders dan die bestaande fabrieken, die alleen rendabel zijn als je de reactoren zo groot mogelijk maakt, zou je CMR ook klein en modulair moeten kunnen uitvoeren zonder dat dat voor de efficiëntie veel uitmaakt. Zo zou je dus ook methaan uit kleine aardgasvelden transporteerbaar kunnen maken.

Of het daarbij veel uitmaakt dat de vloeistof uit aromaten bestaat, terwijl het bij Fischer-Tropsch vrijwel alleen lineaire koolwaterstofketens zijn, is in het geheel niet duidelijk.

bron: CoorsTek

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

C2W Social Media

Logo Twitter

Logo Linkedin

Wordt abonnee/lid

Logo KNCV

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!