Katalysatoren in kraakinstallaties gaan vooral achteruit doordat metaalophopingen de poriën verstoppen. Dat melden Utrechtse onderzoekers die dit ‘stervensproces’ voor het eerst zó mooi in beeld hebben weten te krijgen dat de Volkskrant er tweederde pagina voor uit trok.

Zulke FCC-katalysatoren (‘fluid catalytic cracking’) knippen lange koolwaterstofketens op tot korte, en zijn zo verantwoordelijk voor zeker 40 % van de wereldwijde productie van benzine uit aardolie. Ze bestaan uit vaste deeltjes met een typische gemiddelde diameter van 40 tot 150 micrometer, opgebouwd uit klei-achtige vulstoffen en zeolietkristalletjes die het eigenlijke knipwerk doen.

De lange ketens uit de aardolie bereiken de kristalletjes via een ingewikkeld netwerk van steeds nauwer wordende poriën. Naarmate die poriën dichtslibben, wordt de katalysator steeds minder actief.

In Science Advances beschrijven Bert Weckhuysen en collega’s hoe ze een reeks van zulke katalysatordeeltjes, in verschillende stadia van deactivering, hebben ‘doorgelicht’ met röntgen-nanotomografie. Met die techniek kun je heel diep in een katalysatordeeltje kijken, maar ze levert beeldjes op die drie ordegroottes kleiner zijn dan de gemiddelde diameter van zo’n deeltje. De primeur zit in het aan elkaar breien van enorme aantallen van zulke beeldjes op de computer, om zo het complete poriënnetwerk in zo’n deeltje in beeld te kunnen krijgen.

Die beelden laten nu zien dat de deactivering vooral vlak onder de oppervlakte plaatsheeft. De verstoppingen worden veroorzaakt door ijzer en nikkel uit de aardolie. En die metalen blijken zich vooral vlak bij de ingang van de poriën op te hopen; de diepere delen van het porienetwerk blijven intact maar de koolwaterstoffen kunnen er niet goed meer bij komen.

Weckhuysen vergelijkt het met het rotten van een appel, waarbij het ook de buitenkant is die bruin en oneetbaar wordt terwijl rond het klokhuis nog niets aan de hand is.

In het artikel suggereert hij om het porienetwerk aan te passen aan dit verschijnsel. Als het lukt om de eerste paar micrometer van de poriën veel wijder te maken dan de dieper gelegen kanalen, dan krijgt het metaal dáár de ruimte om neer te slaan zonder de katalysator minder effectief te maken. Als extra verfijning zou je moeten zorgen dat in de ultrawijde poriën zo weinig mogelijk zeoliet zit.

bron: Science Advances