Kombinerade tekniker för katalysstudier
- Diarienummer
- ITM17-0045
- Start- och slutdatum
- 190101-231231
- Beviljat belopp
- 7 617 527 kr
- Förvaltande organisation
- Lunds tekniska högskola
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Huvudmålet är att bygga ett mobilt system med en reaktor för katalysatorkaraktärisering, omgiven av flera kombinerade tekniker, avsedd att användas vid större anläggningar såsom MAX IV eller Petra III vid DESY i Hamburg. Systemet ska angripa frågeställningar på atomär nivå kring heterogen katalys. Forskningsområdet har på senare år rört sig mot mer realistiska förhållanden, vilket komplicerar experimenten och dess tolkningar, eftersom det omedelbart blir ett flertal parametrar (temperatur, total och partialtryck flöden osv) som samtidigt påverkar provet. För att få obestridda resultat och förenkla tolkningar krävs att flera av dessa parametrar mäts samtidigt för att korrelera hur de påverkar varandra. Uppställningen blir möjlig att använda i "hemlaboratoriet" för förberedelser eller självstående studier, men kan betraktas som en endstation till en större anläggning. Planen är att uppställningen sätts samman under det första 1,5 året för att sedan testas vid en stråltid på en synktrotronljusanläggning. Den efterföljande tiden blir implementering av eventuella ändringar samt fler tester för att få instrumentet att fungera som tänkt. Vetenskapligt kommer uppställningen bli ett värdefullt verktyg för området, där vi ser flera användare både inom akademin och industrin.
Populärvetenskaplig beskrivning
Sedan Jöns Jacob Berzelius för nästan 200 år sedan myntade begreppet katalys har processens betydelse för samhället ökat till oanade höjder. Katalys går ut på att ett ämne, som inte själv konsumeras, snabbar på eller möjliggör en kemisk reaktion. På så vis kan man minska energiåtgången och man gör både miljömässiga och ekonomiska vinster. Man uppskattar idag att minst ett katalytiskt steg utnyttjas i över 90% av alla industriellt framställda kemikalier. Generellt finns två huvudinriktningar på hur man som forskare vetenskapligt närmar sig katalys för att förstå och ta fram nya, bättre och billigare katalysatorer. Den ena är att genom "trial-and-error" testa sig fram, den andra är att på atomär nivå försöka förstå den bakomliggande fysiken och kemin. Båda har sina styrkor, men under senare år har de försökt nära sig varandra. Studierna på atomär nivå går mot att man försöker använda mer realistiska förhållanden, men då ökar genast komplexiteten och det blir betydligt svårare att tolka resultaten eftersom det är många saker som påverkar processen. Det innebär att man behöver mäta flera saker samtidigt, man behöver göra det ofta (det vi kallar för hög tidsupplösning) och i flera punkter samtidigt (hög spatiell upplösning) vilket i princip innebär att man behöver bilder av temperaturer, tryck, ämnen i gasblandningar, flöden och, inte minst, av ytan (katalysatorn) som studeras. Vissa av dessa saker kan man mäta i sitt hemlaboratorium, om man har rätt utrustning, andra krävs avancerade tyngre anläggningar som t ex den nybyggda synkrotronljusanläggningen MAX IV i Lund. Här är tiden väldigt dyrbar och forskare från hela världen ansöker om tid för att få utföra sina experiment. Oftast beviljas korta tider om några dagar för att komma och genomföra experimentet. Det är därför viktigt att utnyttja dessa unika ljuskällor så effektivt som möjligt. Vi föreslår därför att man skapar en experimentuppställning, ett instrument, som kan användas vid flera olika liknande anläggningar runt om i välden, och som även kan mäta flera av de andra parametrarna som är av intresse, samtidigt. På så vis blir det möjligt att ta ytterligare steg mot realistiska förhållanden och skapa förutsättningar för forskarna att kunna dra slutsatser utifrån samstämmiga resultat. Ett sådant instrument skulle inte bara markera forskningsfronten utan även ge oss möjligheten att med en grundläggande förståelse driva utvecklingen framåt mot ett mer hållbart samhälle.