Az új módszer a metángázt folyékony metanollá alakítja.
Egy kutatócsoport sikeresen alakította át a metánt metanollá könnyű és szórt átmeneti fémek, például réz felhasználásával a fotooxidáció néven ismert eljárás során. A folyóiratban megjelent tanulmány szerint a reakció volt az eddig elért legjobb reakció a metángáz folyékony tüzelőanyaggá történő átalakítására környezeti hőmérsékleten és nyomáson (25 °C, illetve 1 bar). Kémiai kommunikáció.
A bar, mint nyomásegység kifejezés a súlyt (baros) jelentő görög szóból származik. Egy bar 100,000 100 Pascalnak (101,325 kPa) felel meg, ami közel áll a tengerszinti normál légköri nyomáshoz (XNUMX XNUMX Pa).
A tanulmány eredményei döntő lépést jelentenek afelé, hogy a földgázt energiaforrásként elérhetővé tegyék a benzin és a gázolaj helyett alternatív üzemanyagok előállításához. Annak ellenére, hogy a földgáz fosszilis tüzelőanyag, metanollá történő átalakítása kevesebb szén-dioxidot (CO2) termel, mint az azonos kategóriába tartozó egyéb folyékony üzemanyagok.
Az átalakítás környezeti hőmérsékleten és nyomáson ment végbe, ami lehetővé tette a metán, egy erős üvegházhatású gáz üzemanyag előállítására való felhasználását. hitel: UFSCAR
A metanol létfontosságú a biodízelgyártásban és a vegyiparban Brazíliában, ahol számos termék szintetizálására használják.
Ezenkívül a metán légkörből való összegyűjtése kritikus fontosságú az éghajlatváltozás negatív következményeinek enyhítésében, mivel a gáz 25-ször nagyobb potenciállal járul hozzá a globális felmelegedéshez, mint például a CO2.
„Nagy vita folyik a tudományos közösségben a bolygó metántartalékainak méretéről. Egyes becslések szerint duplája lehet az összes többi fosszilis tüzelőanyag együttes energiapotenciálja. A megújuló energiaforrásokra való átállás során valamikor meg kell csapnunk ezt a metánt” – mondta Marcos da Silva, a cikk első szerzője az Agência FAPESP-nek. Silva Ph.D. kandidátus a São Carlos-i Szövetségi Egyetem (UFSCar) fizika tanszékén.
A tanulmányt a FAPESP, a Higher Research Council (CAPES, az Oktatási Minisztérium egyik ügynöksége) és a Nemzeti Tudományos és Technológiai Fejlesztési Tanács (CNPq, a Tudományos, Technológiai és Innovációs Minisztérium ága) támogatta.
Ivo Freitas Teixeira, az UFSCar professzora, Silva szakdolgozati tanácsadója és a cikk utolsó szerzője szerint a tanulmányban használt fotokatalizátor kulcsfontosságú innováció volt. „Csoportunk jelentős innovációt hozott a metán egyetlen lépésben történő oxidálásával” – mondta. „A vegyiparban ez az átalakulás hidrogén és CO2 előállításával megy végbe legalább két lépésben, nagyon magas hőmérsékleti és nyomási körülmények között. Sikerünk a metanol enyhe körülmények között történő előállításában, miközben kevesebb energiát költünk el, jelentős előrelépést jelent.”
Teixeira szerint az eredmények megnyitják az utat a napenergia ezen átalakítási folyamathoz való felhasználásával kapcsolatos jövőbeli kutatások előtt, ami potenciálisan tovább csökkenti a környezeti hatást.
Fotokatalizátorok
A laboratóriumban a tudósok kristályos szén-nitridet szintetizáltak poliheptazin-imid (PHI) formájában, nem nemes vagy földben gazdag átmeneti fémek, különösen réz felhasználásával, aktív látható fényű fotokatalizátorok előállítására.
Ezután a fotokatalizátorokat metán-oxidációs reakciókban használták hidrogén-peroxiddal iniciátorként. A réz-PHI katalizátor nagy mennyiségű oxigénezett folyékony terméket, különösen metanolt termelt (2,900 mikromol/gramm anyag, vagyis µmol.g-1 négy óra alatt).
"Felfedeztük a legjobb katalizátort és a kémiai reakcióhoz nélkülözhetetlen egyéb feltételeket, például nagy mennyiségű vizet és csak kis mennyiségű hidrogén-peroxidot használunk, amely oxidálószer" - mondta Teixeira. „A következő lépések közé tartozik az anyagban lévő aktív rézhelyek és a reakcióban betöltött szerepük további megismerése. Azt is tervezzük, hogy közvetlenül oxigént használunk fel a hidrogén-peroxid előállítására magában a reakcióban. Ha sikeres, ez még biztonságosabbá és gazdaságilag életképessé teszi a folyamatot.”
Egy másik pont, amelyet a csoport továbbra is vizsgál, a rézre vonatkozik. „Dipergált rézzel dolgozunk. Amikor a cikket írtuk, nem tudtuk, hogy elszigetelt atomokkal vagy klaszterekkel van-e dolgunk. Most már tudjuk, hogy ezek klaszterek” – magyarázta.
A tanulmány során a tudósok tiszta metánt használtak, de a jövőben megújuló forrásokból, például biomasszából fogják kivonni a gázt.
Az Egyesült Nemzetek Szervezete szerint a metán az iparosodás előtti kor óta a globális felmelegedés mintegy 30%-át okozta. Az emberi tevékenységből származó metánkibocsátás akár 45%-kal is csökkenthető az elkövetkező évtizedben, így elkerülhető, hogy 0.3-re csaknem 2045°C-os emelkedést érjen el.
A metán folyékony tüzelőanyaggá alakításának stratégiája fotokatalizátor segítségével új és kereskedelmi forgalomban nem kapható, de a közeljövőben jelentős potenciállal rendelkezik. „Több mint négy éve kezdtük a kutatást. Most sokkal jobb eredményeket értünk el, mint Hutchings professzor és csoportja 2017-ben, ami motiválta saját kutatásunkat” – mondta Teixeira a folyóiratban megjelent tanulmányra hivatkozva. Tudomány az Egyesült Államok és az Egyesült Királyság egyetemeihez kapcsolódó kutatók, Graham Hutchings professzor vezetésével. Cardiff University Walesben.
Referenciák:
„Szelektív metán fotooxidáció metanollá enyhe körülmények között, amelyet nagymértékben diszpergált rézatomok elősegítenek kristályos szén-nitrideken”: Marcos AR da Silva, Jéssica C. Gil, Nadezda V. Tarakina, Gelson TST Silva, José BG Filho, Klaus Krambrock, Markus Antonietti, Caue Ribeiro és Ivo F. Teixeira, 31. május 2022., Kémiai kommunikáció.
DOI: 10.1039/D2CC01757A
„A vizes Au-Pd kolloidok katalizálják a szelektív CH-t4 oxidáció CH-vé3OH O-val2 enyhe körülmények között”, Nishtha Agarwal, Simon J. Freakley, Rebecca U. McVicker, Sultan M. Althahban, Nikolaos Dimitratos, Qian He, David J. Morgan, Robert L. Jenkins, David J. Willock, Stuart H. Taylor, Christopher J. Kiely és Graham J. Hutchings, 7. szeptember 2017., Tudomány.
DOI: 10.1126/science.aan6515
