より効率的で環境に優しいエチレン製造の可能性を拓く新触媒

 (Catalyst opens door to more efficient, environmentally friendly ethylene production)

2020/4/24 ノースカロライナ州立大学(NC State)

・ NC State が、エタンをエチレンに効率的に転換するレドックス触媒を開発。
・ 同触媒は、同大学が過去に開発した同様の技術を改良したもので、消費エネルギーを 60～87%削減し、大幅にコストを低減しながら CO2 排出量を最大で 87%削減する。エチレンは特にプラスチック産業で不可欠な原料であるため、経済的・環境的な影響は多大と考える。
・ 効率性が向上した同触媒は、遠隔地でのエネルギー抽出作業を可能にし、シェールガス生産時の副生物であるエタンの有用性を高めるもの。米国南部 48 州では、遠隔地からの輸送困難のため毎年2 億バレルを上回る量のエタンを廃棄している。
・ 現在のエタン-エチレン転換技術の課題は、遠隔地でのエネルギー抽出サイトに適したサイズへのスケールダウンが不可能であること。同触媒は、これを解決し、遠隔地でのコスト効果的なエタン-エチレン転換を可能にする。エタン転換後にエチレンを液体燃料に転換することで、輸送がより容易になる。
・ 同触媒は、溶融炭酸塩で促進した(金属)複合酸化物で構成され、エタン転換と空気分離を含む転換プロセスの起こる温度は 650～700℃(現在の転換技術では 800℃超)。
・ 初期投資としてモジュール式の化学反応装置が同触媒システムの設置時に必要だが、効率性の飛躍的な向上とエタンの活用の貢献度は高い。
・ 本研究は、米国科学財団(NSF)、米国エネルギー省(DOE)の RAPID Institute および Kenan Institute for Engineering, Technology, and Science の支援により実施された。
URL: https://news.ncsu.edu/2020/04/ethylene-product-catalyst/

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Science Advances(掲載論文アブストラクトのみ:全文は有料)
A molten carbonate shell modified perovskite redox catalyst for anaerobic oxidative dehydrogenation
of ethane
URL: https://advances.sciencemag.org/content/6/17/eaaz9339

Abstract

Acceptor-doped, redox-active perovskite oxides such as La_0.8Sr_0.2FeO₃ (LSF) are active for ethane oxidation to CO_x but show poor selectivity to ethylene. This article reports molten Li₂CO₃ as an effective “promoter” to modify LSF for chemical looping–oxidative dehydrogenation (CL-ODH) of ethane. Under the working state, the redox catalyst is composed of a molten Li₂CO₃ layer covering the solid LSF substrate. The molten layer facilitates the transport of active peroxide (O₂^2-) species formed on LSF while blocking the nonselective sites. Spectroscopy measurements and density functional theory calculations indicate that Fe⁴⁺→Fe³⁺ transition is responsible for the peroxide formation, which results in both exothermic ODH and air reoxidation steps. With >90% ethylene selectivity, up to 59% ethylene yield, and favorable heat of reactions, the core-shell redox catalyst has an excellent potential to be effective for intensified ethane conversion. The mechanistic findings also provide a generalized approach for designing CL-ODH redox catalysts.