Et forskerteam ved University of Rochester har utviklet en wolframkarbid-katalysator som overgår platina i plastgjenvinning. I tester var materialet mer enn ti ganger så effektivt som platinabaserte løsninger. Funnene kan kutte kostnader, øke tempoet i grønn omstilling og gi nytt liv til plastavfall.

Hvorfor dette er viktig

Katalysatorer ligger bak produksjonen av over 90 prosent av alle hverdagslige kjemiske produkter. I dag er industrien tungt avhengig av dyre og knappe edelmetaller som platina.

Samtidig vokser plastkrisen. Millioner av tonn plastavfall havner årlig på fyllplasser og i havet. Rimelige og effektive metoder for å oppgradere dette avfallet til verdifulle materialer kan bli en game-changer.

Gjennombruddet: riktig fase ved høy temperatur

Teamet, ledet av førsteamanuensis Marc Porosoff ved institutt for kjemisk teknikk og bærekraftsteknikk ved University of Rochester, viser at wolframkarbid kan konkurrere med – og overgå – platina i nøkkelprosesser.

• Ved hjelp av temperaturprogrammert karburisering skapte forskerne en spesifikk fase, β-W2C, ved temperaturer over 700 °C.
• Denne fasen viste eksepsjonell katalytisk aktivitet.
• Teamet utviklet en metode for å kontrollere strukturen direkte i reaktoren, noe som løser et kjent måleproblem under aktive reaksjoner.

Plast til verdifulle produkter med hydrokraking

Det mest lovende resultatet kom i hydrokraking av plastavfall, der store molekyler brytes ned til mindre byggesteiner.

Tradisjonelle platinakatalysatorer har ofte mikroporøse strukturer som er for trange for store polymerkjeder. Wolframkarbid har ikke disse begrensningene. I riktig fase kombinerer det metalliske og sure egenskaper som er ideelle for å bryte karbonkjeder i polymerer.

Resultatene var slående: wolframkarbid var ikke bare langt rimeligere, men også mer enn ti ganger så effektiv som platinakatalysatorer.

Presise målinger endrer spillet

Forståelsen av overflatestrukturen under drift har vært en hovedutfordring. Doktorgradsstudent Sinhara Perera peker på vanskeligheten med å få presise målinger inne i reaktorer der reaksjonene faktisk skjer.

Med optiske teknikker fra laboratoriet til besøksprofessor Andrea Pickel fant teamet at tradisjonelle temperaturmålinger kan være opptil 100 °C unøyaktige. Denne innsikten er kritisk for å reprodusere og optimalisere katalytiske prosesser.

Utover plast: CO2 til drivstoffbyggesteiner

Porosoff understreker at wolframkarbid i riktig fase kan matche platina i konvertering av karbondioksid til byggesteiner for drivstoff og nyttige kjemikalier. Med videre industrialisering og optimalisering kan dette jordrikelige materialet erstatte platina i flere anvendelser.

Publisering og finansiering

• ACS Catalysis: Studie om fasekontroll av wolframkarbid. Støttet av Sloan Foundation og Department of Energy.
• Journal of the American Chemical Society: Arbeid med plastoppgradering. Finansiert av National Science Foundation.
• EES Catalysis: Studie om temperaturmåling på katalysatoroverflater. Støttet av New York State Energy Research and Development Authority.

Hovedpunkter

• Wolframkarbid (β-W2C) oppnås ved >700 °C og gir svært høy aktivitet.
• Mer enn 10x effektivitet mot platinakatalysatorer i hydrokraking av plast.
• Ikke-mikroporøs struktur lar store polymerkjeder nå de aktive setene.
• Optiske målinger avslører opptil 100 °C avvik i tradisjonelle temperaturmålinger.
• Potensial også i CO2-omdanning til drivstoffbyggesteiner.

Kilder: ScienceDaily, University of Rochester, EurekAlert, Chemical & Engineering News, Environmental News Network, ACS Catalysis, Journal of the American Chemical Society

Bunnlinjen: Ved å kombinere riktig fasekontroll, bedre målemetoder og en katalysator som både er rimelig og effektiv, peker Rochester-teamet mot en mer sirkulær økonomi. Klarer industrien å optimalisere teknologien, kan wolframkarbid bli nøkkelen til å løse plastkrisen – og redusere avhengigheten av dyre edelmetaller.