Tawachkultanadilok, P., Nijpanich, S.*, Tunsound, V., Chanlek, N., Kidkhunthod, P., Hagio, T., … & Poo-arporn, Y*. (2025). Operando TR-XAS Investigation of CO₂ Dry Reforming of Ethanol over Ce-promoted Cu/LTL Catalysts. Journal of Alloys and Compounds, 185758.
แก๊สสังเคราะห์ (Syngas: (H2/CO))เป็นวัตถุดิบสำคัญในอุตสาหกรรมพลังงานยั่งยืน แต่กระบวนการผลิตดั้งเดิมมักพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลและปลดปล่อยแก๊สเรือนกระจกสูงกระบวนการดรายรีฟอร์มมิงของเอทานอล (Ethanol Dry Reforming: EDR) เป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเนื่องจากใช้เอทานอลจากชีวมวลและ CO2 เป็นสารตั้งต้น และใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นตัวช่วยสำคัญ แต่ปัญหาของตัวเร่งปฏิกิริยาทั่วไป เช่น: ตัวเร่งปฏิกิริยาฐานนิกเกิล (Ni) หรือทองแดง (Cu) มักเสื่อมสภาพอย่างเร็วจากการสะสมของคราบคาร์บอน (Coking) และการเกาะกลุ่มกันของอนุภาคโลหะเมื่อเจอความร้อนสูง ในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีตระกูล (Noble metals) มีราคาสูงมาก
คณะนักวิจัยจากสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ร่วมกับคณะนักวิจัยจาก Shinshu University ประเทศญี่ปุ่น, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี, จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และ มหาวิทยาลัยขอนแก่น ประสบความสำเร็จในการพัฒนาและเข้าใจกลไกเชิงลึกของตัวเร่งปฏิกิริยา Cu/LTL zeolite ที่เติมตัวส่งเสริมซีเรียม (Cerium: Ce) สำหรับกระบวนการEDR เพื่อเปลี่ยนเอทานอลและ CO2 ให้เป็นแก๊สสังเคราะห์ ซึ่งเป็นสารตั้งต้นสำคัญสำหรับเชื้อเพลิงสะอาดและเคมีภัณฑ์
งานวิจัยนี้อาศัยเทคนิควิเคราะห์ขั้นสูง Operando Time-Resolved X-ray Absorption Spectroscopy (TR-XAS) ณ ระบบลำแสง BL2.2 ของสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน ในการติดตามการเปลี่ยนแปลงสถานะทางเคมีและโครงสร้างของอนุภาคทองแดงในสภาวะการทำงานจริงแบบเรียลไทม์ ผลการทดลองพบว่าการเติมซีเรียมในปริมาณที่เหมาะสม 1 wt% (1Ce-Cu/LTL) ช่วยเพิ่มการกระจายตัวของทองแดง รักษาเสถียรภาพของเฟสโลหะทองแดง (Cu(0)) เพิ่มความคล่องตัวของออกซิเจน และยับยั้งการเกิดคราบคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด โดยเพิ่มอัตราการแปลงเอทานอลได้สูงถึง ~65% และแปลง CO2 ได้สูงสุด ~20% การวิเคราะห์แบบเรียลไทม์ขณะเกิดปฏิกิริยาชี้ให้เห็นว่า ระบบวัฏจักรรีดอกซ์ Ce(IV)/Ce(III) ช่วยถ่ายโอนอิเล็กตรอนและเร่งการรีดิวซ์ทองแดงให้อยู่ในสถานะแอคทีฟ (Cu(0)) ได้เสถียรตลอดการเกิดปฏิกิริยา
ตัวเร่งปฏิกิริยา 1Ce-Cu/LTL แสดงประสิทธิภาพแข่งขันได้กับตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีตระกูล เช่น Rh หรือ Ir แม้ทำงานภายใต้สภาวะความเร็วรอบแก๊สสูง (GHSV = 82-87 L/gcat×h) มีต้นทุนการผลิตต่ำ มีความทนทานต่อการเสื่อมสภาพสูงในการใช้งานต่อเนื่องยาวนาน (10 ชั่วโมง) เหมาะสำหรับการพัฒนาต่อยอดในระดับอุตสาหกรรมเพื่อการดักจับและใช้ประโยชน์จากคาร์บอน (Carbon Capture and Utilization: CCU) และการผลิตพลังงานไฮโดรเจนสะอาด(งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนทุนวิจัยจากสำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (สกลท.) และหน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการพัฒนากำลังคน (บพค. : PMU-B))