Nickel som katalysator bidrar till snabbare produktion av biobränslen

Om biomassa kunde förgasas effektivare och med bättre kontroll på de produkter som bildas skulle det underlätta produktion av biobränslen. Vilket i sin tur skulle kunna bidra till minskade utsläpp av växthusgaser. Det är vad forskaren Abas Mohsenzadeh vid Högskolan i Borås strävar efter. Han studerar på molekylnivå hur olika former av nickel som katalysator påverkar förgasningen.

Nickel är en vanlig katalysator och Abas Mohsenzadehs forskning visar vad som egentligen händer när olika former av nickel används som katalysatorer vid förgasning och förbränning av kolvätesbaserad biomassa.

Det finns två kända processer vid framställning av kolvätesbaserade biobränslen: kolvätesförbränning och den så kallde Fischer-Tropsch-processen (även kallad indirekt förvätskning). Resultaten av Abas Mohsenzadehs studier visar att det är fördelaktigt att använda nickel som katalysator vid kolvätesförbränning, men inte vid Fischer-Tropsch-processen.
I sin forskning vill Abas Mohsenzadeh få fram mer detaljerad kunskap om vad som egentligen händer på molekylär nivå vid de olika stegen i förgasnings- eller förbränningsprocessen när nickel används som katalysator. 

– Katalysatorer är ju något som tillförs för att skynda på en reaktion, säger han. Det kan till exempel vara en metall som tillsätts och som får de andra molekylerna att reagera på ett eller annat sätt.
Forskningen bedrivs framför allt vid datorn. 

Abas Mohsenzadeh berättar hur han sitter eller står under de långa körningarna i den supereffektiva datorn i sitt arbetsrum och blir så fascinerad av det som händer att han glömmer att ta pauser.

– Jag kan se händelserna i tredimensionella modeller, som går att vrida och vända på bildskärmen. Där kan jag detaljstudera och få ökad kunskap om vad som händer med vatten- och koloxidmolekylerna när nickel i olika former tillsätts. Hur atomerna rör sig och vilken form av nickel som gör reaktionen så snabb som möjligt. De här simuleringarna kan användas som komplement till laboratorieexperiment.

De reaktioner han har valt att titta på är några av de viktigaste i förgasningsprocessen där kolvätesmolekylerna splittas och kan omvandlas till gaser. Han räknar fram reaktionens hastighet och noterar den avgörande skillnaden som katalysatorn gör. Utan katalysator behöver reaktionen betydligt högre temperatur, faktiskt flera hundra grader högre, för att ske. Detta är inte gynnsamt om slutprodukten ska vara till exempel vätgas, eftersom det blir mindre vätgas vid högre temperaturer.

Han har undersökt en mängd varianter av nickel som katalysator för såväl förgasning som förbränning, där skillnader i atomernas läge i ytan på katalysatorn påverkar reaktionen. Tack vare datorsimuleringarna går det att snabbare se hur reaktionen blir vid de olika varianterna. Därmed går det att få bättre vetenskapligt stöd vid val av katalysator till varje tillfälle. Forskningen kan också användas till att utveckla nya katalysatorer - först testas de via datorsimuleringar och därefter gör man fysiska experiment.

– Jag önskar att vi ska kunna minska utsläppen av växthusgaser kraftigt, säger Abas Mohsenzadeh. Min förhoppning är att min forskning ska kunna bidra till detta, genom att den gör så att produktionen av biobränslen kan ske snabbare.

Fakta:
Avhandlingen: Computational Studies of Nickel Catlysed Reactions Relevant for Hyrdrocarbon Gasification
Av doktoranden: Abas Mohsenzadeh vid Högskolan i Borås
Huvudhandledare: Professor Tobias Richards, Högskolan i Borås
Disputation: 29 september 2015, Högskolan i Borås

Kontakt:
Abas Mohsenzadeh, Tfn: 033-435 4534, E-post: abas.mohsenzadeh@hb.se