可將二氧化碳與氫氣轉化成甲烷之新觸媒

 

刊登日期:2019/6/27
  • 字級

日本重工業製造商IHI公司與新加坡科學技術研究發展局之下的化學工學研究所(Institute of Chemical & Engineering Sciences;ICES)共同開發了一項以二氧化碳與氫氣為原料,並利用觸媒進行反應,進而合成出甲烷氣體之技術。

因應全球暖化問題的巴黎協定將於2020年正式生效,未來金融投資業對於來往企業之碳風險評估將會更加慎重,世界各國也積極投入將二氧化碳轉換為其他有用物質之技術開發。目前二氧化碳甲烷化技術的開發以德國等歐洲國家為首持續在開發中,但高反應、長壽命的觸媒開發是一項瓶頸,尚未能達到正式的商業利用。IHI與ICES的研究團隊為了克服此項問題,開發了一項「內核-外殼(Core-Shell)」構造的觸媒,將奈米粒子狀的鎳包覆於多孔性矽殼的裡面,因此實現了觸媒機能的穩定化與長壽命化。研究團隊利用新觸媒進行反應試驗,在壓力5~6巴(bar)、反應器溫度300~400 ℃的條件下,確認可產生二氧化碳投入量95 %的甲烷氣體。

一般已知鎳做為觸媒適用於甲烷化技術,但因為會受到原料氣體中硫黃等不純物,或是在高溫條件下,粒子容易凝集等的影響,造成觸媒活性降低的問題。而新觸媒因其內核-外殼構造,奈米粒子在多孔性矽殼裡變得分散,且觸媒表面不易生成碳,甲烷化設備的大規模化也將變得容易。此外,IHI也表示,透過測試裝置運轉,已確認新觸媒具有數個月以上的使用壽命。

IHI將自明年起在日本展開大規模試驗裝置導入計畫,預計進行為期一年的實證,期望新技術能達到早期商業化的目標。若能將二氧化碳轉換為可應用於燃料或原料之甲烷的話,對化學企業來說,不僅企業獲利,更是對環境友善,創造雙贏局面。

不論是日本或新加坡,營運超過15~20年以上的化學工廠都不在少數,而這些工廠的共通煩惱就是長年來經過多次省能源投資之後,能夠追加的省能源措施已越來越少。從此觀點來看,將二氧化碳予以甲烷化是過去未曾有過的方法,因此新技術可望大幅適用於此。

此外,新加坡在2020年起將開始徵收碳稅,並以二氧化碳換算一年排出溫室氣體2萬5千噸以上的工廠為課稅對象,稅額是每排出1噸收取5新加坡幣(SGD),2023年之後,則預計會提高至10~15新加坡幣,因此二氧化碳的削減需求日益殷切。由於化學工廠能夠得到二氧化碳與氫氣,因此在工場聚集的新加坡裕廊島石化區,將會是新技術實用化的最佳場所。另外新加坡政府在今年將省能源投資補助款的上限提高至投資總額的50%,因此一旦確立了二氧化碳甲烷化技術,導入新技術的投資將可望被列為補助款對象。

另一方面,IHI與ICES也開始著手進行以二氧化碳轉換為烯烴(Olefin)的技術開發,將利用天然氣液化技術(Gas to Liquid)所使用的費托合成(Fischer–Tropsch Process)反應,期藉此達到選擇性獲得乙烯或丙烯的目標。目前理論上的烯烴轉換率為40~50 %,研究團隊計畫以鐵類觸媒為中心,在2、3年內探索、開發出最適用的觸媒,以提高轉換的反應性與選擇性,並預計在2022年左右達到商業化之目標。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
分享