Il metanolo è una delle sostanze chimiche di base più importanti utilizzate, Per esempio, per produrre materie plastiche o materiali da costruzione. Per rendere ancora più efficiente il processo produttivo, sarebbe utile saperne di più sul catalizzatore rame/ossido di zinco/ossido di alluminio impiegato nella produzione di metanolo. Ad oggi, però, non è stato possibile analizzare la struttura della sua superficie in condizioni di reazione. Un team della Ruhr-Universität Bochum (RUB) e dell'Istituto Max Planck per la conversione dell'energia chimica (MPI CEC) è ora riuscito a ottenere informazioni sulla struttura del suo sito attivo. I ricercatori descrivono i loro risultati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

In un primo, il team ha dimostrato che il componente di zinco del sito attivo è caricato positivamente e che il catalizzatore ha fino a due siti attivi a base di rame. "Lo stato del componente di zinco nel sito attivo è stato oggetto di discussioni controverse da quando il catalizzatore è stato introdotto negli anni '60. Sulla base dei nostri risultati, ora possiamo trarre numerose idee su come ottimizzare il catalizzatore in futuro, " delinea il professor Martin Muhler, Capo del Dipartimento di Chimica Industriale presso RUB e Max Planck Fellow presso MPI CEC. Per il progetto, ha collaborato con il ricercatore di Bochum Dr. Daniel Laudenschleger e il ricercatore di Mülheim Dr. Holger Ruland.

Produzione sostenibile di metanolo

Lo studio è stato integrato nel progetto Carbon-2-Chem, il cui scopo è ridurre la CO ₂ emissioni derivanti dall'utilizzo di gas metallurgici prodotti durante la produzione dell'acciaio per la fabbricazione di prodotti chimici. In combinazione con idrogeno prodotto elettroliticamente, i gas metallurgici potrebbero anche servire come materiale di partenza per la sintesi sostenibile del metanolo. Nell'ambito del progetto Carbon-2-Chem, il team di ricerca ha recentemente esaminato come le impurità nei gas metallurgici, come quelli prodotti nelle cokerie o negli altiforni, influenzare il catalizzatore. Questa ricerca alla fine ha aperto la strada a approfondimenti sulla struttura del sito attivo.

Sito attivo disattivato per analisi

I ricercatori avevano identificato le molecole contenenti azoto, ammoniaca e ammine, come impurità che agiscono come veleni catalizzatori. Hanno disattivato il catalizzatore, ma non in modo permanente:se le impurità scompaiono, il catalizzatore si riprende da solo. Utilizzando un apparato di ricerca unico che è stato sviluppato internamente, cioè., un apparato di flusso a funzionamento continuo con un'unità di impulsi ad alta pressione integrata, i ricercatori hanno passato ammoniaca e ammine sulla superficie del catalizzatore, disattivando temporaneamente il sito attivo con un componente di zinco. Nonostante la componente di zinco sia disattivata, sul catalizzatore avveniva ancora un'altra reazione:la conversione dell'etene in etano. I ricercatori hanno così individuato un secondo sito attivo operante in parallelo, che contiene rame metallico ma non ha una componente di zinco.

Poiché l'ammoniaca e le ammine sono legate a ioni metallici carichi positivamente sulla superficie, era evidente che lo zinco, come parte del sito attivo, porta una carica positiva.