日本開發出可合成不同燃料的「按需催化劑」

科技 09-27

日本富山大學研究生院理工學研究部的椿范立教授等人，利用費托（Fischer-Tropsch，FT）合成法，直接合成了噴氣飛機燃料。

FT合成是利用合成氣（一氧化碳和氫氣的混合氣體）合成輕油或輕質烯烴的催化反應。合成氣可通過對天然氣（包括頁岩氣和甲烷水合物）、生物質、煤炭、可燃性垃圾、重油等多種原料進行熱分解獲得，是工業領極為重要的一種製造方法。實際上，各大石油公司主要利用天然氣或者煤炭製造合成輕油。

椿教授等人從大約10年前開始開發膠囊催化劑，幾年前通過採用該催化劑的FT合成法直接合成了汽油。不過，此前一直難以利用該催化劑直接合成飛機噴氣燃料。原因是，擁有多個分支的烴結構（同分異構體烴）才能滿足飛機噴氣燃料要求的高發熱量、良好的燃燒性和穩定性等標準，但該催化劑對這種烴的選擇率非常低。

椿教授的研發小組為解決這個課題，重新調整了催化劑設計，開發了在精確控制酸性點和細孔結構的沸石上，負載稀土類元素鑭和金屬鈷的新型酸性沸石負載催化劑。利用該催化劑，FT合成中的同分異構體烴的選擇率顯著提高，噴氣燃料的選擇率達到72％，實現了非常高的催化性能。另外，利用二氧化碳和氫氣也獲得很高的反應結果。

研發小組還發現，將該催化劑的負載金屬由鑭換成鈰的話能合成汽油，換成鉀則能合成輕油。因此，可以將該催化劑作為「按需催化劑」使用，對製造各種燃料非常有用。

由於歐盟（EU）決定從2020年開始將生物噴氣燃料投入商用，生物噴氣燃料或者源自二氧化碳的噴氣燃料的實用化成為航空行業的一大課題。此次開發成功的噴氣燃料製造法也能使用生物質或二氧化碳作為原料，因此預計能迅速響應航空行業的要求。

相關研究成果於2018年9月17日在英國科學雜誌《Nature Catalysis》的在線速報版公開。