• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiGrøn omstilling03. 10. 2023 | Heidi Thode

Metanol som et bæredygtigt kemikalie og brændstof

Artikler fra Dansk KemiGrøn omstilling03. 10. 2023 | Heidi Thode

Den grønne omstilling sætter fokus på elektrificering af kemikalieproduktion, der i dag sker med energi og råmaterialer fra fossile kilder. Bæredygtigt producerede kemikalier og brændstoffer kræver innovative løsninger, og her er metanol en vigtig brik.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2023 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Jonas Abitz Boysen, Anker Degn Jensen og Jakob Munkholt Christensen, DTU Kemiteknik

Klimaforandringer ses tydeligere år for år. Det er et globalt problem skabt af afbrændingen af fossile ressourcer som kul, olie og gas [1]. Udfasningen af disse kræver grønne innovative løsninger og samarbejde verden over.
I 2019 blev der globalt udledt cirka 37 milliarder tons kuldioxid (CO2) fra menneskelig aktivitet, hvoraf sektorer som shipping står for cirka 3 procent, og den totale transportsektor står for cirka 9 procent [2]. Samme år blev der produceret cirka 100 millioner tons metanol til den kemiske industri, hvoraf omkring 99 procent blev produceret fra fossile kilder som kul og naturgas svarende til en CO2-udledning på cirka 136 millioner tons [2]. Det forudsiges, at metanolproduktionen i 2050 stiger til 500 millioner tons per år [2].
Bæredygtig metanol er en vigtig brik for at gøre den kemiske industri og transportsektoren grønnere, da CO2-udledingen kan reduceres med op til 98 procent sammenlignet med fossile brændstoffer [2].

Hvordan kan bæredygtig metanol reducere den enorme CO2-udledning fra disse sektorer?
Uanset om metanol er fremstillet fra fossile eller bæredygtige kilder, er den kemiske struktur identisk, CH3OH. Det betyder, at fossilt metanol kan erstattes af bæredygtig (CO2-neutral) metanol én til én i den kemiske industri, hvor metanolen bruges som råvare til produktionen af kemikalier, materialer, plastik og tekstiler. Derudover kan metanol også bruges som brændstof inden for shippingindustrien eller opgraderes til flybrændstof, da disse sektorer på nuværende tidspunkt ikke kan elektrificeres på samme måde som personbilen grundet den lave energitæthed i moderne batterier [2].
Metanol forventes at blive et dominerende brændstof i shippingindustrien, da det er en væske ved stuetemperatur og atmosfærisk tryk; kan transporteres i den nuværende infrastruktur; er nemt at producere og har en relativ høj energitæthed. Figur 1 illustrerer den volumetriske og gravimetriske energitæthed for forskellige brændstoffer.
Men hvordan fremstiller vi CO2-neutrale kemikalier og brændstoffer til den kemiske industri samt de skibe og fly, der ikke umiddelbart kan elektrificeres? Her kan man bruge de såkaldte Power-to-X processer, hvor man udnytter vedvarende elektricitet fra for eksempel sol, vind og vandkraft (power) til at producere brint (H2) dannet fra elektrolyse via spaltning af vand (H2O). Denne brint kan reagere direkte med CO2 (reaktion R1), fanget fra luften eller fra forbrænding af biomasse, og omdannes til et syntetisk brændstof eller kemikalie med højere energitæthed (X); her e-metanol (elektrificeret-metanol).
Gennem Power-to-X processer kan vi skabe en cirkulær kemisk produktion baseret på CO2-neutral omdannelse til bæredygtig metanol, som vist i figur 2.

Bæredygtig metanolproduktion sætter nye krav til katalysatoren
Metanol produceres i dag primært fra naturgas, der omdannes til syntesegas (en blanding af CO, CO2 og H2) med et betragteligt indhold af CO. Metanolsyntesen foregår ved brug af en Cu/ZnO/Al2O3 katalysator, hvor CO2 og H2 reagerer på katalysatoroverfladen under højt tryk og temperatur (P = 50-100 bar, T= 200-300°C) og danner metanol og H2O, ved reaktion R1 [3].
Vand har en inhiberende effekt på katalysatoren [4]. Her kommer brugen af syntesegas med et højt indhold af CO til sin ret, eftersom CO fjerner vandet via water-gas-shift reaktionen ved at danne mere reaktant, CO2 og H2 (reaktion R2) [5].
Bæredygtig metanol skal dannes ud fra en fødestrøm bestående af kun CO2 og H2, hvilket stiller større krav til katalysatoren for at modstå den inhiberende effekt fra vand. Det betyder, at yderligere forskning i forståelsen af det katalytiske aktive site er vigtig for at optimere processen.
Den industrielle metanolkatalysator består af nanopartikler af Cu (den aktive komponent), samt ZnO og Al2O3 (bærematerialer). Det er tidligere blevet vist, at reaktionshastigheden i Cu-katalyseret hydrogenering af CO2 til metanol skalerer lineært med Cu overfladearealet [6,7], hvilket tyder på, at reaktionen sker på hele Cu-overfladen. Derudover har bærematerialet, ZnO, en helt afgørende rolle, da aktiviteten af hvert Cu overfladesite øges med en størrelsesorden relativt til ren kobber, når kobberpartiklerne er i kontakt med ZnO [5]. Denne synergi mellem Cu og ZnO er endnu ikke forstået og en øget forståelse og kontrol med denne effekt kan være nøglen til bedre katalysatorer.
En af de aktuelle teorier omkring synergieffekten går på, at ZnO reduceres og skaber en messinglegering (CuZn-legering) på overfladen med højere aktivitet [8]. Vi undersøgte reduktionens effekt på synergien igennem eksperimenter, hvor den industrielle katalysator aktiveres (reduceres) i 0,05 bar H2 eller 0,095 bar CO ved 175°C. Herefter måles dannelseshastigheden af metanol ved milde reaktionsbetingelser (T =135°C, P =1 bar, H2/CO2 = 4/1) med lav omsætning (figur 3).
Hvis katalysatoren reduceres i H2, ses en positiv effekt på reaktionshastigheden i forhold til reduktion i den mere reducerende gas, CO. Reduktionen af Cu/ZnO/Al2O3 katalysatoren i CO er kendt for at danne CuZn-legeringer [9]. Hvis en sådan legering (som det var formodet i [8]) var væsentlig for den katalytiske aktivitet, burde den kraftigere CO-reduktion være positiv. Dog kan overreduktion forekomme og danne bulk CuZn-legering, hvilket har en negativ effekt [10]. Dette kræver en væsentlig højere temperatur under reduktionen i CO [11], hvorfor dette heller ikke kan forklare den negative effekt, CO har på reaktionshastigheden. Resultaterne i figur 3 tyder på, at det ikke er selve reduktionen af ZnO, der øger aktiviteten, men derimod tilstedeværelsen af H2. Forståelsen af den industrielle Cu/ZnO/Al2O3 katalysators høje aktivitet synes stadig ufuldstændig, hvilket kræver yderligere forskning i håb om at kunne opnå en bedre forståelse og udnyttelse af synergien.

Fremtidigt arbejde
Aktiviteten af denne Cu-baserede katalysator bliver påvirket positivt af synergien mellem Cu, ZnO og tilstedeværelsen af H2. Disse interaktioner skal undersøges yderligere ved hjælp af spektroskopiske teknikker som XAS og XPS, der kan detektere faseændringer i katalysatorstrukturen og dens overflade. På denne måde kan vi detektere CuZn-legeringer i bulkstrukturen samt overfladen og sammenligne denne med aktiviteten i figur 3. Igennem en bedre forståelse af fænomenet er det muligt at designe og udvikle fremtidens katalytiske proces til produktionen af bæredygtig metanol.

Dette projekt er en del af Villum Centeret for Videnskab bag Bæredygtige Brændstoffer og Kemikalier (V-SUSTAIN). Forfatterne takker Villum Fonden for bevilling 9455, der muliggjorde dannelsen af dette center.

E-mail:
Jakob Munkholt Christensen: jmc@kt.dtu.dk

Referencer
1. P. Friedlingstein, M. O’Sullivan, M. Jones, R. Andrew, L. Gregor, J. Hauck, C. Le Quéré, Global Carbon Budget 2022, Earth Syst. Sci. Data. 11 (2022) 4811-4900.
2. International Renewable Energy Agency (IRENA), Innovation Outlook: Renewable Methanol, 2021. http://www.irena.org/.
3. J. Sehested, Industrial and scientific directions of methanol catalyst development, J. Catal. 371 (2019) 368-375.
4. J. Thrane, S. Kuld, N.D. Nielsen, A.D. Jensen, J. Sehested, J.M. Christensen, Methanol-Assisted Autocatalysis in Catalytic Methanol Synthesis, Angew. Chemie – Int. Ed. 59 (2020) 18189-18193.
5. N.D. Nielsen, A.D. Jensen, J.M. Christensen, The roles of CO and CO2 in high pressure methanol synthesis over Cu-based catalysts, J. Catal. 393 (2021) 324-334.
6. M. Schumann, M.R. Nielsen, T.E.L. Smitshuysen, T.W. Hansen, C.D. Damsgaard, A.C.A. Yang, M. Cargnello, J.D. Grunwaldt, A.D. Jensen, J.M. Christensen, Rationalizing an unexpected structure sensitivity in heterogeneous catalysis-CO hydrogenation over Rh as a case study, ACS Catal. 11 (2021) 5189-5201.
7. C. Baltes, S. Vukojević, F. Schüth, Correlations between synthesis, precursor, and catalyst structure and activity of a large set of CuO/ZnO/Al2O3 catalysts for methanol synthesis, J. Catal. 258 (2008) 334-344.
8. S. Kuld, M. Thorhauge, H. Falsig, C.F. Elkjær, S. Helveg, I. Chorkendorff, J. Sehested, Quantifying the promotion of Cu catalysts by ZnO for methanol synthesis, Science. 352 (2016) 969-974.
9. P. Amann, B. Klötzer, D. Degerman, N. Köpfle, T. Götsch, P. Lömker, C. Rameshan, K. Ploner, D. Bikaljevic, H.Y. Wang, M. Soldemo, M. Shipilin, C.M. Goodwin, J. Gladh, J.H. Stenlid, M. Börner, C. Schlueter, A. Nilsson, The state of zinc in methanol synthesis over a Zn/ZnO/Cu(211) model catalyst, Science. 376 (2022) 603-608.
10. T. Kandemir, F. Girgsdies, T.C. Hansen, K.D. Liss, I. Kasatkin, E.L. Kunkes, G. Wowsnick, N. Jacobsen, R. Schlögl, M. Behrens, InSitu study of catalytic processes: Neutron diffraction of a methanol synthesis catalyst at industrially relevant pressure, Angew. Chemie – Int. Ed. 52 (2013) 5166-5170.
11. K.D. Jung, O.S. Joo, S.H. Han, Structural change of Cu/ZnO by reduction of ZnO in Cu/ZnO with methanol, Catal. Letters. 68 (2000) 49-54.

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Grøn omstilling

Seneste nyt fra redaktionen

Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

BranchenytMedicinalkemiOrganisk kemiTop12. 10. 2026

Nogle molekyler, såsom aminosyrer, findes i to varianter, der er hinandens spejlbilleder. Levende organismer indeholder imidlertid kun det ene af disse spejlbilleder. Hvordan en sådan kemisk asymmetri kunne være opstået, har længe været et mysterium for kemikere. Henri B. Kagan og Kenso Soai blev i

Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

AktueltBiologi12. 10. 2026

Alt er anderledes i rummet – også hvordan tarmene fungerer. Forstoppelse er en kendt bivirkning ved rumfart, men indtil nu har man vidst utroligt lidt om, hvorfor det sker. Nu har forskere fra Københavns Universitet i et samarbejde med NASA undersøgt blod fra astronauter og har et bud på, hvorfor

Grundstoffer med kant

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt07. 10. 2026

Thomas Just Sørensen: Universets byggeklodser. 283 sider. Boganmeldelsen er bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Anmeldt af Søren Kiil, professor, DTU Kemiteknik Det periodiske system er kemiens

Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik07. 10. 2026

Ny viden og avanceret testning skal sikre mere holdbare og bæredygtige beskyttelsessystemer til fremtidens infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Ziyou Li, Joshua

Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi07. 10. 2026

Tekstureret vegetabilsk protein bruges til at fremstille plantebaserede kødanaloger. pH og ionstyrke påvirker proteiners konformation og interaktion med vandmolekyler, så vi satte os for at undersøge, hvordan pH og ionstyrke påvirker rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein. Artiklen har

Hvad skal kalken bruges til?

Artikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Fra en brønd på en jysk mark til borekerner i kælderen under Aarhus Universitet: 55 millioner år gammel vulkansk aske kan måske hjælpe med at gøre CO₂ til sten. Samtidig forsøger dansk industri at vende kalkens gamle kulstofkredsløb på hovedet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og

Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

Artikler fra Dansk KemiOrganisk kemi07. 10. 2026

Ved at udnytte at reaktionen mellem formaldehyd og d-Biotin (et vitamin, og et naturligt forekommende N,N'-dialkylurinstof) er reversibel, kan oligomeriseringsreaktionen guides ved at tilsætte en templat. I dette bidrag forklarer jeg, hvordan dette er blevet udnyttet til at syntetisere makrocykler,

“I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt07. 10. 2026

I dybden med kemi af Lone Brun Jakobsen og Klædt på til skriftlig kemi af Lone Brun Jakobsen m.fl. Begge udgivelser på Nucleus Forlag ApS, 2026, 1. udgave, 1. oplag. Boganmeldelsen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder (læs

Fra sjældne ædelmetaller til jern og mangan: Jagten på bæredygtige fotoaktive materialer

Analytisk kemiArtikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Hvordan kan nogle af jordskorpens mest almindelige metaller omdanne lys til kemisk energi, og hvilke udfordringer skal løses, før de kan erstatte ruthenium og iridium i fremtidens lysdrevne teknologier? Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer

Fra kvantekemi til AI: Nye værktøjer til overfladekemi

Artikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Kvantekemi gav os evnen til at forstå kemiske processer på atomart niveau. AI gør det nu muligt at anvende denne forståelse på realistiske og komplekse systemer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis

Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her
This message is only visible to admins.
Problem displaying Facebook posts. Backup cache in use.
Click to show error
Error: (#200) Provide valid app ID Type: OAuthException

Læs også magasinet Dansk Kemi

Nyeste udgave af magasinet "Dansk Kemi" kan læses online, ved at klikke på bladforsiden.
Herfra er der desuden adgang til online-arkivet med tidligere udgivelser.

Seneste Nyheder

  • Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

    12.10.2026

  • Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

    12.10.2026

  • Grundstoffer med kant

    07.10.2026

  • Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

    07.10.2026

  • Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

    07.10.2026

  • Hvad skal kalken bruges til?

    07.10.2026

  • Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

    07.10.2026

  • “I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

    07.10.2026

  • Fra sjældne ædelmetaller til jern og mangan: Jagten på bæredygtige fotoaktive materialer

    07.10.2026

  • Fra kvantekemi til AI: Nye værktøjer til overfladekemi

    07.10.2026

  • Fra elastik til batteri

    07.10.2026

  • Ny erfaren institutdirektør på DTU Kemi

    06.10.2026

  • 30 års overvågning viser, at antibiotikaresistens kan presses tilbage

    05.10.2026

  • Spiseolier – de onde, de gode og den virkelig gode

    29.09.2026

  • Gekkoen kan hele sit hjerte uden arvæv

    29.09.2026

Alle nyheder ›

/Brochurer
/White papers

  • Ergonomi og sikkerhed brochure
  • Renseanlæg-katalog
  • Biogaskatalog
  • Celledyrkningskatalog
  • Minikatalog
Se alle ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}