Kan fremstille renere bensin

Ny katalysator kan foredle naturgass på en mer miljøvennlig måte. Da blir bensinen renere.

FJERNER FARLIGE STOFFER: Forskningssenteret inGAP ved Universitetet i Oslo har
utviklet en ny type katalysator som kan fremstille bensin med høyt oktantall uten at bensinen inneholder det kreftfremkallende stoffet benzen. I samarbeid med Statoil undersøker de også muligheten for å bruke det selvutviklede stoffet UiO-66 til å fange CO2 på en mer miljøvennlig måte. Foto: Dreamtime

For fem år siden ble katalysegruppen på Kjemisk institutt ved Universitetet i Oslo utnevnt til et Senter for forskningsbasert innovasjon (Sfi). I et tett samarbeid med industrien, SINTEF og NTNU har senteret, som kaller seg Senter for innovative naturgassprosesser og -produkter (inGAP) forsket på en rekke nye katalysatorer som kan gi store miljøgevinster i olje og gass-sektoren.

Senteret ble grunnlagt i 2006 for å styrke båndene mellom forskningsmiljøene og industrien, og finansieres av UiO, Forskningsrådet og flere bedrifter, deriblant Statoil.

De forsker på effektive katalysatorer og hvorfor katalysatorer mister effekten over tid. En katalysator er et stoff som øker hastigheten på ønskede, kjemiske reaksjoner.

– Vi skal bruke katalysatorene til å gjøre om naturgass til drivstoff og plast på en effektiv og miljøvennlig måte. Dette er et viktig forskningsfelt for oss som gassnasjon, fastslår lederen av senteret, professor Unni Olsbye .

De siste årene er det blitt utviklet ny teknologi for å hente ut naturgass, som er gjemt i porøse
bergarter.

– Det har ført til at prisen på naturgass har gått ned. Det er derfor viktig å øke verdien på gassen ved å omdanne den til noe annet, påpeker Olsbye.

Fremstiller smarte stoffer

Senteret forsker på flere ulike grupper katalysatorer. Den ene er zeolitter. Zeolitter brukes i alt fra vaskepulver til foredling av olje og gass. Zeolitter er en velkjent katalysator i oljeraffinerier, slik som på Mongstad.

Zeolitter er bygd opp av silisium og oksygen, og noe aluminium. Det spesielle med denne katalysatoren er at den inneholder porer i nanostørrelse. Porene kan skreddersys med størrelser mellom 0,4 og 1,2 nanometer, avhengig av hvilke molekyler man ønsker å slippe igjennom. En nanometer er en milliontedels millimeter. I dag finnes det vel 200 forskjellige strukturer i zeolitter.

Zeolittene kan ha ulike dimensjoner. Antall dimensjoner sier hvor mange retninger porene har. En endimensjonal zeolitt kan sammenlignes med et fjell med mange tuneller ved siden av hverandre. En todimensjonal zeolitt har “kryssende veier i tunellen”. En tredimensjonal zeolitt har “luftekanaler rett opp og ned fra hvert eneste veikryss”.

Forskerne ved inGAP har vist at størrelsen på hulrommene i “veikryssene” kan påvirke hvilke produkter som dannes i zeolittene.

I dag omdannes naturgass til bensin med tredimensjonale zeolitter. Det er ønskelig med et høyt oktantall. Aromater, som er en fellesbetegnelse på stoffer med ringformet karbonskjelett, har et høyt oktantall. Problemet er at en av aromatene, benzen, er kreftfremkallende. Det er derfor begrensninger på mengden aromater i bensin.

– Vi har nå laget endimensjonale zeolitter som gjør det mulig å lage bensin med høyt oktantall uten at denne bensinen inneholder aromater. Med andre ord kan bensinen bli renere ved å designe rett antall dimensjoner og rett størrelse på porene i zeolittene.

– Ved å gjøre porene små nok kan vi også lage råstoff til plastindustrien, slike som eten og propen. For å finne den optimale oppbygningen av zeolitter, studerer inGAP oppbygningen av zeolitter, størrelsen og tettheten av porene og i hvor mange retninger porene skal gå.

– Internasjonalt er vi langt fremme, men arbeidet er tidkrevende. Det kan ta et helt hovedfag å lage en bestemt zeolitt, forteller Olsbye.

PATENTERT: Forskergruppen til professor Unni Olsbye har patentert et helt nytt materiale, UiO-66, som kan bli en ny form for katalysator i industrien.
Foto: Håvard Simonsen, Forskningsrådet

UiO-66

Forskningssenteret til Unni Olsbye har nå utviklet og patentert en helt ny type materiale, UiO-66, oppkalt etter Universitetet i Oslo. UiO-66 kan bli en helt ny form for katalysator.

UiO-66 er ingen zeolitt, men tilhører en annen gruppe nanoporøse materialer kalt MOF, metallorganiske nettverksstrukturer. Hjørnesteinene er uorganiske materialer. De bindes sammen av organiske materialer. Det er en helt ny måte å tenke på.

– Med UiO-66 har vi langt større variasjonsmuligheter enn med zeolitt, både når det gjelder størrelsen på porene og hvilke reaksjoner som kan katalyseres. Det som er så spesielt med UiO-66, er at det er stabilt opp til 500 grader og attpåtil tåler vann. Stoffet kan derfor brukes under tøffe betingelser.

De store industriprosessene foregår i dag mellom 200 og 1000 grader. De fleste MOF-materialer tåler ikke vann og brytes ned når temperaturen er mellom 200 og 300 grader.

Forskerne har tatt patent på UiO-66, men de har ennå ikke funnet noen kommersiell anvendelse.

– Potensialet er stort, men det tar tid å kommersialisere bruk av slik grunnleggende kunnskap, sier Olsbye.

Mange i verden forsker i dag videre på dette spesielle stoffet.

– Hvis noen finner en kommersiell anvendelse av UiO-66, får Universitetet i Oslo lisenspengene.

CO2-rensing

Olsbye samarbeider nå med Statoil om å undersøke muligheten for å bruke UiO-66 til å fange CO2. I dagens renseanlegg for CO2 brukes flytende kjemikalier. De kan fordampe og danne uheldige gasser.

– Ved å binde opp de aktive kjemikaliene i fast form, unngår man denne fordampingen. Her kan UiO-66 spille en viktig rolle. Det er likevel langt frem. UiO klarer nå å fremstille noen gram. For å rense CO2 i industriell skala trengs det noen hundre kilo.

– Vi må først skjønne fremstillingen av stoffet i liten skala. Potensialet er stort, men den endelige konklusjonen kan også bli at stoffet ikke er stabilt nok.

Samarbeidet med industrien

For tiden mangler inGAP midler til å fortsette arbeidet med å utvikle UiO-66 til en katalysator.

– Selv om industrien viser interesse for UiO-66, er det vanskelig å få industrien med på slike finansieringer, når de ikke ser en klar mulighet for kommersialisering innen fem til sju år. Vi er derfor avhengige av forskningspenger uavhengig av industrien.

Unni Olsbye er svært opptatt av at de bedriftene som samarbeider med inGAP, må få noe igjen. Et eksempel er plastprodusenten INEOS. Takket være samarbeidet med forskerne har INEOS forbedret driften av sine fabrikker og blitt mer konkurransedyktige.

Eierskapet

Avtalen mellom inGAP og industrien er klinkende klar. Industripartnerne har førsteretten til oppfinnelsene.

– Det er ingen tvil om eierskapet. Det er essensielt. Ettersom industrien vet at kunnskapen tilfaller dem, tør de fortelle oss om flaskehalsene i prosessene deres. Hvis en av stipendiatene våre har gjort et arbeid som ikke skal offentliggjøres, må bedriften betale en forlengelse av stipendiatperioden. Det er ikke en hundre prosent vinnvinn-situasjon. Men i praksis er ikke dette noe problem. Hvis vi ser faren for hemmelighold, lar vi ikke stipendiaten jobbe med problemstillingen. Da tar vi jobben selv, forteller Olsbye.

Noen av funnene i inGAP er holdt hemmelige. Dette er ikke forenlig med de nye kravene om at all forskning skal publiseres.

– Det nye regelverket kom etter at vi undertegnet avtalen. Det betyr i praksis at slike avtaler ikke vil bli mulige i fremtiden. Nye sentre for forskningsbasert innovasjon må derfor organiseres slik at den kortsiktige, industrinære forskningen må utføres av eksterne forskningsinstitutter, mener Olsbye.

Hun mener likevel at avtalen deres med industrien har vært lite hemmende for dem.

– I praksis publiserer vi nesten alt vi gjør. Olsbye har følgende råd til andre forskere som vil samarbeide med industrien:

– Du må være villig til å legge fra deg noe du er veldig opptatt av, og forske mer på det industrien vil. Det krever en mentalitetsendring, poengterer Olsbye.

Emneord: Teknologi, Kjemisk teknologi, Kjemisk prosessteknologi Av Yngve Vogt
Publisert 1. feb. 2012 11:40
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere