Adeiladau'r campws, Partneriaethau, Pobl

Manteisio i’r eithaf ar Ragoriaeth ym maes Catalysis

Mae gwyddoniaeth catalysis yn sail i bron y cyfan y byddwn ni’n ei wneud, o wrteithio cnydau i olchi ein llestri. Mae ymchwilwyr yn Sefydliad Catalysis Caerdydd (CCI) yn rhagori yn y gwaith o ddarganfod a datblygu catalyddion newydd, sef y deunyddiau hynny sy’n cyflymu adweithiau cemegol. Mae partneriaeth â Chymdeithas Max Planck yn arwain yr ymchwil i sicrhau dŵr glân, prosesau diwydiannol mwy diogel a charbon sero net. Mae’r Athro Graham Hutchings, o’r CCI, yn esbonio sut mae’r bartneriaeth yn cyfrannu at ddatrys problemau enbyd y gymdeithas.

“Mae catalyddion yn greiddiol i’n bywyd beunyddiol. Maen nhw’n cael eu defnyddio i greu bron y cyfan o’r deunyddiau sy’n cael eu gweithgynhyrchu. Maen nhw’n sail ar gyfer traean o gynnyrch domestig gros y byd. Heb yr un dull catalytig, sef proses Haber Bosch sy’n cyfuno nitrogen â hydrogen i greu amonia, rydyn ni’n amcangyfrif y byddem ond yn gallu cynnal 60% o boblogaeth bresennol y byd.

Diolch i’n partneriaeth hirsefydlog â Chymdeithas Max Planck, mae Prifysgol Caerdydd yn gartref i Ganolfan Max Planck, sef dim ond un o dair canolfan yn y DU, a naw yn Ewrop. Mae’r gwaith ar y cyd a wnawn â sefydliad ymchwil mwyaf llwyddiannus yr Almaen yn golygu ein bod yn gallu datblygu catalysis heterogenaidd ar sail barhaus, sef pan fydd y catalydd a’r adweithydd/cynnyrch mewn camau gwahanol, e.e. catalydd solet ac adweithyddion hylifol.

Yn hanesyddol, trawsnewidyddion catalytig yw un o’r pethau cyntaf y bydd pobl yn sôn amdanyn nhw wrth ystyried y gair ‘catalysis’. Bydd y dyfeisiau rheoli allyriadau gwacáu yn troi nwyon gwenwynig yn allyriadau llai niweidiol. Bydd y rhan fwyaf o straeon newyddion y dyddiau hyn yn canolbwyntio ar gatalyddion sy’n cael eu dwyn gan fod ynddyn nhw fetelau gwerthfawr a drud.

Yn wir, mae metelau gwerthfawr – nanoronynnau aur yn arbennig – yn chwarae rhan bwysig yn ein hymchwil yng Nghanolfan Max Planck ar Hanfodion Catalysis Heterogenaidd (FUNCAT). Mae’r Ganolfan yn arbenigo mewn tri phrif faes: dylunio catalyddion, prosesau adweithio asetylenau a dysgu peirianyddol.

Yn labordai Canolfan Max Planck, rydyn ni’n amlygu ac yn datblygu prosesau hynod o lwyddiannus sydd wedi cael eu mabwysiadau ledled y byd. Creodd Sefydliad Catalysis Caerdydd bartneriaeth â’r cwmni gwyddoniaeth a chemegau byd-eang Johnson Matthey i ddatblygu catalydd sy’n gyfeillgar i’r amgylchedd er mwyn gweithgynhyrchu monomer finyl clorid (VCM) sy’n cael ei ddefnyddio i greu poly finyl clorid (PVC).

Enillodd y catalydd, a gymerodd le cynnyrch sy’n cynnwys cyfansoddion mercwri gwenwynig, Gynnyrch Arloesol y Flwyddyn yng Ngwobrau Byd-eang 2015 Sefydliad y Peirianwyr Cemegol, ac mae bellach yn rhan annatod o brosesau diwydiannol PVC ledled y byd. Arweiniodd y darganfyddiad at gatalydd masnachol newydd ond ar ben hynny newidiodd y gyfraith ryngwladol.

Pan fydd Canolfan Max Planck yn symud i adeilad blaenllaw Prifysgol Caerdydd sef y Ganolfan Ymchwil Drosi yn ddiweddarach eleni, bydd gennym y labordai i ddatblygu catalyddion masnachol diogel, cynaliadwy a masnachol fydd yn arwain at gynnyrch newydd – er enghraifft, gwneud methanol o wastraff glyserol i greu biodiesel glanach, neu greu atebion gwyrddach i olchi dillad, golchi llestri a diheintio dŵr.

Rydym ni’n cydweithio gyda nifer o bartneriaid blaenllaw a gydnabyddir yn rhyngwladol megis Johnson Matthey mewn meysydd megis y diwydiannau gweithgynhyrchu tanwydd a chemegau ac rydyn ni’n helpu i ddatblygu a mireinio prosesau drwy gyfuniadau o ddulliau confensiynol ac arloesol.

A bydd ein gwaith yn gwneud cyfraniad gwerthfawr i gynnyrch sero net newydd. Yn ein labordy Adweithydd Trwybwn Uchel mae gennym gyfleusterau adweithiau pwysedd uchel sy’n arbrofi catalyddion newydd, gan gynnwys labordai byncer a seilwaith cyflenwi nwy a reolir gan gyfrifiaduron, ac yn sgîl hyn rydyn ni’n gallu profi catalyddion modurol ac yn helpu byd diwydiant i greu cynnyrch a phrosesau newydd.

Mae gweithio gyda Max Planck drwy FUNCAT yn hanfodol bwysig i’r CCI: mae’n golygu ein bod yn gallu meithrin partneriaethau parhaol a datblygu meysydd cydweithio newydd. Ers ei sefydlu ym 1948, mae dim llai na 22 o enillwyr Nobel wedi bod yn wyddonwyr Max Planck, gan roi’r Ganolfan ar yr un lefel â sefydliadau ymchwil gorau a phwysicaf y byd.

Mae ein gwaith ar y cyd yn arwain at bapurau ymchwil sydd â mwy o effaith mewn cyhoeddiadau hynod bwysig megis Nature a Science, ac mae hyn yn amlygu ein harweinyddiaeth yn y maes ac yn helpu i greu hyfforddiant ôl-raddedig gwell.

Mae Canolfannau Max Planck (MPC) yn elfen ganolog o strategaeth ryngwladol Cymdeithas Max Planck. Rydyn ni’n gweithio gyda dau sefydliad sydd â chryfder gwirioneddol ym maes catalysis heterogenaidd: Max-Planck-Institut für Kohlenforschung (Mulheim) a’r Sefydliad Fritz Haber (Berlin): Mae FUNCAT yn dod â rhagoriaeth gyffredin ynghyd.

Drwy barhau i weithio gyda’n gilydd, rydyn ni’n parhau i arwain. Y mis hwn, er enghraifft, cynigion ni ddull syml a rhad o droi nwy naturiol yn uniongyrchol yn gemegau a thanwydd defnyddiol, gan ddefnyddio aur yn gynhwysyn allweddol.

Mae ymchwilwyr y CCI, mewn cydweithrediad â gwyddonwyr ym Mhrifysgol Lehigh, UDA a’r Ganolfan Genedlaethol er Cyseiniant Magnetig yn Wuhan, Tsieina, wedi dyfeisio ffyrdd newydd o droi methan, sy’n gyfrifol am 70-90% o nwy naturiol, yn gynnyrch mwy defnyddiol megis tanwydd a chemegau, a hynny mewn ffordd carbon isel sy’n syml ac yn gost-effeithiol.

Dangosodd yr astudiaeth a gyhoeddwyd yn Nature Catalysis, am y tro cyntaf y gellir troi methan yn uniongyrchol yn asid methanol ac asetig gan ddefnyddio catalydd aur.

Yn ystod y blynyddoedd i ddod, a chyda chyfleusterau newydd ar y gorwel, ein gobaith yw y bydd ein partneriaeth barhaus gyda Max Planck yn hyrwyddo ein nod o ragoriaeth ar y cyd, ac yn cyfrannu at greu planed lanach a gwyrddach drwy wella ein dealltwriaeth o gatalysis, datblygu prosesau catalytig newydd gyda byd diwydiant, yn ogystal â hyrwyddo’r defnydd o gatalysis yn dechnoleg gynaliadwy yn yr 21ain ganrif.”

Graham Hutchings, Athro Regius Cemeg, Ysgol Cemeg.