Paul op den Brouw, NOST Tokyo
Origineel gepubliceerd op de site van Agentschap NL.
Samenvatting
Twee wetenschappelijke groepen respectievelijk onderleiding van professor Susumu Kitagawa en Hiroshi Kitagawa, beiden verbonden aan de Kyoto universiteit, publiceerden onlangs nieuwe successen met poreuze coördinatiepolymeren (PCPs). PCPs zijn in staat gassen als waterstof, zuurstof en CO2 te absorberen. Professor Susuma Kitagawa’s PCP kan selectief CO2 absorberen onder druk. Op die wijze kan mogelijk CO2 uit lucht worden afgescheiden. Professor Hiroshi Kitagawa heeft de eerste dunne films van PCP gemaakt. Deze films kunnen CO2 en waterstof absorberen. Beide PCPs kunnen mogelijk een rol gaan spelen bij de afvang van CO2 afkomstig van industriële productieprocessen en zodoende een bijdrage leveren aan het verminderen van broeikasgasemissies.
Inleiding
Poreuze coördinatiepolymeren (PCPs) zijn geordende combinaties van metalen en organische verbindingen. De ordening leidt tot driedimensionale structuren met holten waarin moleculen gevangen kunnen worden. Deze eigenschappen beloven allerlei interessante toepassingen van PCPs. Zij kunnen gebruikt worden voor opslag van waterstof, methaan, voor gasreiniging en –scheiding, als katalysator voor chemische reacties en vele andere toepassingen. Ook het afvangen van CO2 behoort tot de mogelijke toepassingen. PCPs kunnen dus een bijdrage leveren aan de vermindering van de emissie van broeikasgassen. Ze genieten daarom een enorme wetenschappelijke belangstelling. Jaarlijks verschijnen er meer dan tweeduizend artikelen over deze polymeren.
Kitagawa 1
In Japan zijn recent een tweetal publicaties verschenen, waarin nieuwe PCPs worden beschreven die CO2 kunnen absorberen. In de groep van professor Susumu Kitagawa verbonden aan Kyoto universiteit (1) wordt gewerkt aan PCPs opgebouwd uit isoftaalzuur en bipyridine moleculen en onderling verbonden door zink. De isoftaalzuur moleculen liggen in dubbele lagen op elkaar gescheiden door bipyridine moleculen. Bij een druk van 10 atmosfeer rekken de bipyridine moleculen uit waardoor een kooistructuur ontstaat. Elke kooi in deze structuur biedt perfecte ruimte aan een CO2 molecuul. Wanneer dit PCP bij deze druk in contact gebracht wordt met een mengsel van zuurstof, stikstof en CO2 wordt voornamelijk CO2 in de holten opgenomen. Wanneer de druk wordt verlaagd komt de CO2 weer vrij. Op deze wijze kan CO2 uit lucht worden afgescheiden.
Van der Waals krachten spelen de belangrijkste rol bij het “binden” van gasmoleculen aan het PCP. Gassen met een hoger kookpunt ondervinden sterkere Van der Waals krachten en absorberen gemakkelijker aan het PCP. Het kookpunt van CO2 ligt bij 195 graden Kelvin (- 78 graden Celsius) terwijl dat van zuurstof bij 90 en dat van stikstof bij 77 graden Kelvin ligt.
Kitagawa trekt veel aandacht met zijn publicaties over PCPs (2). Zijn “Integrated Pores Project” wordt financieel ondersteund door het Japan Science & Technology Agency (JST). Zijn groep werkt ook samen met de industrie aan een aantal praktische toepassingen met steun van de New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO). Hiertoe behoren onder andere: Showa Denko kk, Toyobo Co., Shoei Chemicals Inc., JX Nippon Oil & Energy Corp. en Sumitomo Chemical Co.
Kitagawa 2
Professor Hiroshi Kitagawa (3) eveneens verbonden aan de Kyoto universiteit heeft als eerste ook met financiële steun van JST PCP in de vorm van een dunne film ontwikkeld. Het PCP bestaat uit structuur van organische moleculen die onderling zijn verbonden via koper en kobalt. De film is enkele nanometers dik en heeft kooien van 0,5 tot 1,0 nm in diameter (4). Deze film kan CO2 absorberen, maar ook waterstof. Daardoor kan de film gebruikt worden voor de synthese van bijvoorbeeld alcoholen waarvoor waterstof en CO2 nodig zijn.
Ook professor Kitagawa werkt met steun van NEDO samen met industriële partners aan toepassingen van de PCP-film. In zijn project nemen Kurakay Co., Shoei Chemical, Showa Denko en Toyobo deel. CO2- afvang, -opslag en -transport krijgen wereldwijd veel aandacht. CO2 afkomstig van industriële processen worden tot nu toe afgevangen met behulp van amine-oplossingen of andere methoden. NEDO rekent al voor dat bij gebruik van deze PCP films in de chemische industrie per jaar vijfhonderdduizend ton (metrisch) CO2 minder zou kunnen worden uitgestoten.
Bronnen
1. De groep van professor Susumu Kitagawa is onderdeel van het Department of Synthetic Chemistry and Biological Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University (http://www.sbchem.kyoto-u.ac.jp/kitagawa-lab/) .
2. Lijst van Susumu Kitagawa publicaties: http://kip.jst.go.jp/erato_publicationseng.html.
3. De groep van professor Hiroshi Kitagwa is onderdeel van de Graduate School of Science van Kyoto University (http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/ossc/index.html) .
4. Lijst van Hiroshi Kitagawa publicaties: http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/ossc/international.html.
5. The Nikkei Weekly, Magazine Special. Winter 2010, On the double, Pair of Kitagawas advancing CO2 absorption science.
