2 Miljoen Euro voor doorgronden van mislukte katalysatoren voor duurzame omzetting biomassa

Katalysatoren behoren tot het basisgereedschap van de chemische industrie. Het overgrote deel van de chemische processen in de industrie verloopt dankzij katalysatoren zuiniger, sneller of schoner. Desondanks snappen we nog steeds niet goed waarom veel beoogde katalysatoren niet werken. Evgeny Pidko van de TU/e denkt dat in die kennislacune de sleutel ligt om gericht duurzame katalysatoren te kunnen ontwerpen, onder meer voor de omzetting van biomassa. Om dit te onderzoeken krijgt hij van de European Research Council een Consolidator Grant van twee miljoen euro.

Katalysatoren zijn materialen die chemische reacties helpen, zonder er zelf aan deel te nemen. Vaak bevatten ze zeldzame grondstoffen, zoals de metalen palladium en ruthenium. Katalysatoren laten de reacties sneller of bij lagere temperaturen verlopen, of zorgen voor minder afval. Ze zijn dus van bijzonder grote waarde. Vaak wordt niet een enkele stof als katalysator gebruikt, maar stelsels van samenwerkende katalysatoren, zogenaamde katalytische systemen.

De traditionele totstandkoming van een katalysator begint met de ontdekking van een stof die katalytisch actief is. Daarna zoeken wetenschappers op fundamenteel niveau uit hoe de katalysator werkt. Deze aanpak heeft als nadelen dat niet duidelijk wordt waarom veel beoogde katalysatoren niet werken, en dat veel potentiële katalysatoren over het hoofd worden gezien. Ook verliezen katalysatoren na verloop van tijd soms hun werking, vaak om onbekende redenen.

Pidko wil met zijn project genaamd DeLiCat (Death and Life of Catalysts) nu vooral fundamenteel gaan doorgronden waarom sommige katalysatoren niet ‘leven’, en andere wel. Hij gaat de nieuwste inzichten op gebied van chemische theorie gebruiken voor computersimulaties, om de complexe reactieprocessen te ontrafelen die bepalend zijn voor ‘leven of dood’ van katalysatoren. Met die kennis wil hij multifunctionele katalytische systemen ontwerpen, zonder dure zeldzame metalen. Ze moeten bovendien blijvend werken, en weinig afval genereren. Vervolgens gaat Pidko experimenten doen om te zien of de ontworpen systemen ook werken zoals voorspeld.

Duurzame omzetting van biomassa in nuttige basischemicaliën is een van de twee toepassingsgebieden waar Pidko en zijn mede-onderzoekers in het project vooral naar kijken. Daarnaast kijken ze naar alcoholen als opslagmedium voor waterstof. Katalysatoren moeten ervoor zorgen dat waterstof er snel in opgeslagen kan worden en ook weer snel aan onttrokken. Eerder werk waar Pidko bij betrokken was, leidde al tot een snelle methode voor waterstofopslag in mierenzuur. Methanol zou echter nog beter zijn, want daarin kan in principe drie keer zoveel waterstof worden opgeslagen, wat het heel interessant maakt voor waterstofopslag in bijvoorbeeld auto’s met een brandstofcel. “Als we een methanolbatterij kunnen maken, dat zou echt een doorbraak zijn”, aldus Pidko.

Behalve Pidko zullen vier promovendi aan het onderzoek werken, en een postdoc.

Bron: TU-Eindhoven