Voor het eerst is er een metal-organic framework (MOF) dat efficiënt ethaan lijkt te kunnen verwijderen uit etheen. Het kan de petrochemie heel veel energie en geld besparen, blijkt uit een door natuurlijke enzymen geïnspireerde Science-publicatie.

De auteurs zijn op één na allemaal Chinezen, werkzaam in China en in de VS. De uitzondering is de Amsterdamse hoogleraar Rajamani Krishna, die weer eens tekende voor een belangrijk deel van het reken- en simulatiewerk.

Die ethaan/etheenscheiding speelt vooral bij krakers die ethaan in etheen omzetten. Wereldwijd heb je het daarbij over 170 miljoen ton aan productiecapaciteit. Om etheen te kunnen polymeriseren moet het 99,95% zuiver zijn. De laatste sporen ethaan zijn er echter lastig uit te halen omdat de fysische eigenschappen heel dicht bij die van etheen liggen. Via cryogene destillatie bij hoge druk lukt het wel, maar het kost heel veel energie en moeite.

En wat er tot nu toe aan MOF’s en andere poreuze adsorptiematerialen is ontwikkeld, haalt meestal etheen uit ethaan in plaats van omgekeerd. Op die manier raak je veel energie kwijt aan het terugwinnen van etheen uit dat materiaal.

Jinping Li, Wei Zhou, Banglin Chen en collega’s hebben nu bedacht dat er enzymen bestaan die C-H bindingen in alkanen (zoals ethaan) activeren, en dat die daarvoor ook selectief alkanen moeten kunnen binden. Daarvoor gebruiken ze meestal complexen van zuurstof met ingebouwde koper-, kobalt- of ijzerionen.

Een vergelijkbare constructie kun je ook inbouwen in de hoekpunten van een MOF, bij voorkeur op basis van ijzer dat verreweg het goedkoopste van de genoemde metalen is.

Als organische component gebruikten de onderzoekers 2,5-dioxybenzeen-1,4-dicarboxylaat, afgekort DODBC. Het afgebeelde eindresultaat heet Fe₂(O₂)(dodbc) en blijkt inderdaad ethaan wél enthousiast te binden en etheen vrijwel niet.

Het idee is dan dat je een kolom vult met kristalletjes van dit MOF en daar het etheen/ethaanmengsel door laat stromen. In de praktijk komt daar etheen uit dat minstens 99,99 % zuiver is; als er al ethaan in zat, was het met de gebruikte apparatuur niet te meten. Dat blijft zo totdat de kolom verzadigd raakt en ook ethaan gaat doorlaten. Daarna moet je de kolom regenereren door het ethaan er uit te stoken. In het lab bleek het MOF minstens vijf van deze cycli te overleven.

De proeven laten zien dat het lukt met gasmengsels die representatief zijn voor wat er uit zo’n kraker komt, met maximaal 10 % ethaan, 1 % methaan, 1 % waterstof en 1 % acetyleen. Die laatste drie verontreinigingen worden niet geadsorbeerd, maar werken ook niet verstorend.

bron: NIST