化学産業は、この記事を読んでいる画面内のコンポーネントから、私たちが食べる食物を育てるために使用される肥料まで、私たちの日常生活すべてに影響を与えています。
これを行うために、この業界は触媒作用に大きく依存して、エネルギー要件を削減したり、反応効率を改善したりしています。これは、環境と消費者の最終的なコストに大きな影響を与えます。たとえば、肥料（アンモニア）の生産は現在、世界のエネルギー消費の約 1% を消費しています。触媒作用がなければ、この数字は天文学的な数字になり、世界の食糧生産は大幅に制限されます。研究者は、エネルギー需要をさらに削減する、より効率的な触媒の開発を常に試みています。これにより、肥料のコストが削減され、ひいては消費者にとっての食品のコストが削減されます。
このように新しい触媒の研究に焦点を当てているため、私たちのほとんどが日常生活の改善を約束する新しい技術について読んだことがありますが、それらが市場に出回ることはありません。これは通常、どの新技術が化学産業に導入され、どの新技術が導入されていないかを支配する市場の力について、研究者がほとんど情報を持っていないためです。そのため、研究の計画にこれを組み込むことができません。材料費は、最近調査されたこれらの市場要因の 1 つです。材料費は生産量に比例するため、化学産業の年間数千から数百万トン (数百万から数十億ポンド) の製品にとって特に重要です。
デンマーク工科大学と業界パートナーの Haldor Topsøe の研究者は、原料の世界的な生産量と比較して消費される触媒の量を推定することにより、工業的な触媒プロセスを 3 つのグループに分類できることを発見しました。
グループ I には、それぞれの触媒で利用可能な元素の 0.01% 未満を利用するプロセスが含まれます。このグループは非常に実行可能であると見なされ、アンモニアとポリマーの製造に使用される触媒が含まれます。グループ II は、利用可能な元素の 0.01 ～ 10 % を使用し、実行可能であると説明されていますが、より多くの利用可能な材料を使用することで利益が得られる可能性があります。グループ III プロセスは、全世界の要素生産の 10% 以上の材料を消費しました。このグループには、有害な排出物を削減するためにプラチナやパラジウムなどの非常に高価で希少な貴金属を使用する現代の自動車の触媒コンバーターが含まれます。著者らは、グループ III プロセスが世界の元素生産の大部分を利用できるようになったのは、環境法の施行のみによるものであると結論付けました。
研究者が、業界がこれらの触媒を購入するコストを、製品の販売による推定収益と比較して計算したところ、同じ 3 つのグループが得られたことがわかりました。これは、触媒の実行可能性を評価する際に、コストと可用性の両方を考慮する必要があることを示しています。この関係を念頭に置いて、研究者は科学文献から有望な触媒の例を使用して、触媒の入手可能性が潜在的な懸念になる前に生成できる製品の最大量を推定する方法を説明することができました.
研究者は、特定の生産規模 (トン/年) を前提として、必要な製品の最低価格を計算する方法も示しました。これらのツールを組み合わせることで、研究者は提案された触媒の実行可能性をより正確に把握し、原材料が不足しているために考慮すべきでない元素を提案できます。
データに基づいて、研究者チームは、化学産業、そして最終的には消費者に影響を与える新しい触媒の実現可能性を評価するには、多くの変数を考慮する必要がありますが、R&D プロセスを導くために比較的単純な相関関係が存在することを示しました。この研究は、触媒がどれだけ希少である必要があるかを定量化するための最初の洞察を提供し、残りの私たちに、すべての要素が等しく利用できるわけではないことを認識させます.また、世界中の研究者が、私たちの社会にプラスの影響を与えるのに十分な利用可能性を備えた元素に向けて研究を導くためのツールを提供します。
この研究は、Chinese Journal of Catalysis に最近掲載された記事「Availability of the elements for heterogeneous catalysis – Predicting the industry viability of new R&Dcatalytics」で説明されています。 .この作業は、デンマーク工科大学の物理学科でアンダースによって行われました。 B Laursen、Ib Chorkendorff、Peter C. K. Vesborg、デンマークの触媒会社 Haldor Topsøe A/S by Jens Sehested
