bijna alles in je dagelijks leven hangt af van katalysatoren: auto ‘ s, Post-It notities, wasmiddel, bier. Alle delen van je broodje-brood, cheddar kaas, gebraden kalkoen., Katalysatoren breken papierpulp af om het gladde papier in uw magazine te produceren. Ze reinigen je contactlenzen elke avond. Ze veranderen melk in yoghurt en petroleum in plastic melkkannen, CD ‘ s en Fietshelmen.
Wat is katalyse?
katalysatoren versnellen een chemische reactie door de hoeveelheid energie te verlagen die u nodig hebt om een reactie op gang te brengen. Katalyse is de ruggengraat van veel industriële processen, die gebruik maken van chemische reacties om grondstoffen om te zetten in nuttige producten. Katalysatoren zijn integraal in het maken van kunststoffen en vele andere vervaardigde artikelen.
zelfs het menselijk lichaam draait op katalysatoren., Veel eiwitten in je lichaam zijn katalysatoren die enzymen worden genoemd, die alles doen, van het creëren van signalen die je ledematen bewegen tot het helpen verteren van je voedsel. Ze zijn echt een fundamenteel onderdeel van het leven.
kleine dingen kunnen grote resultaten hebben.
in de meeste gevallen heb je slechts een kleine hoeveelheid van een katalysator nodig om een verschil te maken. Zelfs de grootte van het katalysatordeeltje kan de manier waarop een reactie loopt veranderen. Vorig jaar ontdekte een Argonne-team, waaronder materiaalwetenschapper Larry Curtiss, dat één zilveren katalysator beter in zijn taak is als hij in nanodeeltjes zit die maar een paar atomen breed zijn., (De katalysator verandert propyleen in propyleenoxiden, de eerste stap in het maken van antivries en andere producten.)
het kan dingen groener maken.
industriële fabricageprocessen voor kunststof en andere essentiële artikelen produceren vaak vervelende bijproducten die gevaar kunnen opleveren voor de gezondheid van de mens en het milieu. Betere katalysatoren kunnen dat probleem helpen oplossen. Dezelfde zilverkatalysator produceert bijvoorbeeld minder giftige bijproducten—waardoor de hele reactie milieuvriendelijker wordt.
in het hart is een katalysator een manier om energie te besparen., Het toepassen van katalysatoren op grote schaal kan de wereld veel energie besparen. Drie procent van alle energie die elk jaar in de VS wordt gebruikt, gaat naar het omzetten van ethaan en propaan in alkenen, die onder andere worden gebruikt om kunststoffen te maken. Dat is het equivalent van meer dan 500 miljoen vaten benzine.
katalysatoren zijn ook de sleutel tot het ontsluiten van biobrandstoffen. Alle biomassa-maïs, switchgrass, bomen-bevat een taaie verbinding genaamd cellulose, die moet worden afgebroken om brandstof te maken., Het vinden van de perfecte katalysator om cellulose te desintegreren zou biobrandstoffen goedkoper en rendabeler maken als hernieuwbare energiebron.
vaak hebben we geen idee waarom ze werken.
De precieze redenen waarom katalysatoren werken zijn vaak nog een mysterie voor wetenschappers., Curtiss werkt in computationele katalyse: computers gebruiken om het ingewikkelde samenspel van fysica, chemie en wiskunde aan te pakken dat verklaart hoe een katalysator werkt.
zodra ze het proces hebben uitgezocht, kunnen wetenschappers proberen een katalysator te bouwen die nog beter werkt door te simuleren hoe verschillende materialen in plaats daarvan zouden kunnen werken. Potentiële configuraties voor nieuwe katalysatoren kunnen oplopen tot duizenden combinaties, dat is de reden waarom supercomputers zijn het beste in het omgaan met hen.,toen Edison de gloeilamp bouwde, testte hij letterlijk honderden verschillende filamenten (waarschijnlijk testte hij ook het geduld van zijn labassistenten) voordat hij het gecarboniseerde filament ontdekte. Door gebruik te maken van supercomputers en moderne technologie, kunnen wetenschappers de jaren van testen en uitgaven versnellen om doorbraken te bereiken.
Curtiss voert simulaties uit op Argonne ‘ s blauwe Gen/p supercomputer om mogelijke nieuwe katalysatoren te ontwerpen. “Als supercomputers hebben gekregen sneller, we’ ve been able to do things we ‘d never have been able to do 10 years ago,” zei hij.,
ze kunnen essentieel zijn voor de volgende grote revolutie in batterijen.
nieuwe efficiënte lithium-ion-batterijen hielpen om onhandige autotelefoons om te zetten in de slanke, elegante mobiele telefoons en laptops die vandaag beschikbaar zijn. Maar wetenschappers zijn al op zoek naar de volgende revolutie in batterijen—een die ooit een batterij licht en krachtig genoeg zou kunnen maken om een auto te nemen 500 mijl in een keer. Een veelbelovend idee is lithium-luchtbatterijen, die zuurstof uit de lucht als primaire component gebruiken., Maar deze nieuwe batterij zal een volledige vernieuwing van de interne chemie nodig hebben, en het zal een krachtige nieuwe katalysator nodig hebben om het te laten werken. Een lithium-luchtbatterij werkt door lithium-en zuurstofatomen te combineren en ze dan telkens weer uit elkaar te halen. Dat is een situatie op maat gemaakt voor een katalysator, en een goede zou de reactie sneller maken en de batterij efficiënter maken.
Hoe maak je een nieuwe katalysator?
het begrijpen van de chemie achter reacties is de eerste stap; dan kunnen wetenschappers modellering gebruiken om potentiële nieuwe katalysatoren te ontwerpen en deze in het lab te laten testen., Maar die eerste stap is moeilijk, tenzij je naar het atomaire niveau kunt gaan om te zien wat er gebeurt tijdens een reactie. Dit is waar grote wetenschappelijke faciliteiten zoals Argonne ‘ s Advanced Photon Source (APS) schitteren.
in de APS kunnen wetenschappers de helderste röntgenstralen in de Verenigde Staten gebruiken om de reacties in real time te volgen. In het Elektronenmicroscopiecentrum van het laboratorium nemen onderzoekers foto ‘ s van de atomen terwijl ze reageren. Curtiss en het team hebben beide gebruikt in hun zoektocht naar betere katalysatoren.
Leave a Reply