Nýja aðferðin breytir metangasi í fljótandi metanól.
Hópur vísindamanna hefur með góðum árangri breytt metani í metanól með því að nota létta og dreifða umbreytingarmálma eins og kopar í ferli sem kallast ljósoxun. Hvarfið var það besta sem náðst hefur til þessa til að breyta metangasi í fljótandi eldsneyti við umhverfishita og þrýsting (25 °C og 1 bar, í sömu röð), samkvæmt rannsókn sem birt var í tímaritinu Efnasamskipti.
Hugtakið bar sem þrýstingseining kemur frá gríska orðinu sem þýðir þyngd (baros). Ein bar jafngildir 100,000 Pascal (100 kPa), nálægt venjulegum loftþrýstingi við sjávarmál (101,325 Pa).
Niðurstöður rannsóknarinnar eru afgerandi skref í átt að því að gera jarðgas aðgengilegt sem orkugjafa til framleiðslu annars eldsneytis en bensíns og dísilolíu. Þrátt fyrir að jarðgas sé jarðefnaeldsneyti veldur umbreyting þess í metanól minna koltvísýring (CO2) en annað fljótandi eldsneyti í sama flokki.
Umbreytingin átti sér stað við umhverfishita og þrýstingsskilyrði, sem gætu gert kleift að nota metan, öfluga gróðurhúsalofttegund, til að framleiða eldsneyti. Inneign: UFSCAR
Metanól er mikilvægt í lífdísilframleiðslu og efnaiðnaði í Brasilíu, þar sem það er notað til að búa til ýmsar vörur.
Ennfremur er metansöfnun úr andrúmsloftinu mikilvæg til að draga úr neikvæðum afleiðingum loftslagsbreytinga þar sem gasið hefur 25 sinnum meiri möguleika á að stuðla að hlýnun jarðar en CO2, til dæmis.
„Það er mikil umræða í vísindasamfélaginu um stærð metanforða plánetunnar. Samkvæmt sumum áætlunum gætu þau haft tvöfalt meiri orkugetu en allt annað jarðefnaeldsneyti til samans. Við umskipti yfir í endurnýjanlega orku verðum við einhvern tíma að nýta allt þetta metan,“ sagði Marcos da Silva, fyrsti höfundur greinarinnar, við Agência FAPESP. Silva er Ph.D. frambjóðandi í eðlisfræðideild Federal University of São Carlos (UFSCar).
Rannsóknin var studd af FAPESP, æðra rannsóknaráði (CAPES, stofnun menntamálaráðuneytisins), og National Council for Scientific and Technological Development (CNPq, sem er armur vísinda-, tækni- og nýsköpunarráðuneytisins).
Að sögn Ivo Freitas Teixeira, prófessors við UFSCar, ritgerðarráðgjafa Silva og síðasta höfundar greinarinnar, var ljóshvatinn sem notaður var í rannsókninni lykilnýjung. "Hópurinn okkar nýsköpunar verulega með því að oxa metan í einu stigi," sagði hann. „Í efnaiðnaði á sér stað þessi umbreyting með framleiðslu á vetni og CO2 í að minnsta kosti tveimur þrepum og við mjög háan hita og þrýsting. Árangur okkar við að fá metanól við mildar aðstæður, ásamt því að eyða minni orku, er stórt skref fram á við.“
Að sögn Teixeira greiða niðurstöðurnar brautina fyrir framtíðarrannsóknir á notkun sólarorku fyrir þetta umbreytingarferli, sem gæti hugsanlega dregið úr umhverfisáhrifum þess enn frekar.
Ljóshvatar
Á rannsóknarstofunni mynduðu vísindamennirnir kristallað kolnítríð í formi pólýheptazínimíðs (PHI), með því að nota ógöfuga eða jarðbundna umbreytingarmálma, sérstaklega kopar, til að framleiða virka ljóshvata fyrir sýnilegt ljós.
Þeir notuðu síðan ljóshvata í metanoxunarhvörfum með vetnisperoxíði sem frumefni. Kopar-PHI hvatinn myndaði mikið magn af súrefnisríkum fljótandi vörum, sérstaklega metanóli (2,900 míkrómól á hvert gramm af efni, eða µmol.g-1 á fjórum klukkustundum).
„Við fundum besta hvatann og önnur skilyrði sem eru nauðsynleg fyrir efnahvarfið, eins og að nota mikið magn af vatni og aðeins lítið magn af vetnisperoxíði, sem er oxunarefni,“ sagði Teixeira. „Næstu skref fela í sér að skilja meira um virku koparstaðina í efninu og hlutverk þeirra í hvarfinu. Við ætlum líka að nota súrefni beint til að framleiða vetnisperoxíð í efnahvarfinu sjálfu. Ef vel tekst til ætti þetta að gera ferlið enn öruggara og efnahagslega hagkvæmt.“
Annað atriði sem hópurinn mun halda áfram að rannsaka tengist kopar. „Við vinnum með dreifðan kopar. Þegar við skrifuðum greinina vissum við ekki hvort við værum að fást við einangruð atóm eða klasa. Við vitum núna að þetta eru klasar,“ útskýrði hann.
Í rannsókninni notuðu vísindamennirnir hreint metan en í framtíðinni munu þeir vinna gasið úr endurnýjanlegum efnum eins og lífmassa.
Samkvæmt upplýsingum frá Sameinuðu þjóðunum hefur metan hingað til valdið um 30% af hlýnun jarðar frá því fyrir iðnbyltingu. Metanlosun frá athöfnum manna gæti minnkað um allt að 45% á næsta áratug og forðast næstum 0.3°C hækkun árið 2045.
Stefnan að breyta metani í fljótandi eldsneyti með ljóshvata er ný og ekki fáanleg í viðskiptum, en möguleikar þess á næstunni eru miklir. „Við hófum rannsóknir okkar fyrir rúmum fjórum árum. Við höfum nú mun betri niðurstöður en prófessor Hutchings og hóps hans árið 2017, sem hvatti okkar eigin rannsóknir,“ sagði Teixeira og vísaði til rannsóknar sem birt var í tímaritinu. Vísindi af vísindamönnum tengdum háskólum í Bandaríkjunum og Bretlandi, og undir forystu Graham Hutchings, prófessors við Cardiff University í Wales.
Tilvísanir:
„Sértæk metanljósoxun í metanól við vægar aðstæður sem stuðlað er að mjög dreifðum Cu atómum á kristalluðum kolefnisnítríðum“ eftir Marcos AR da Silva, Jéssica C. Gil, Nadezda V. Tarakina, Gelson TST Silva, José BG Filho, Klaus Krambrock, Markus Antonietti, Caue Ribeiro og Ivo F. Teixeira, 31. maí 2022, Efnasamskipti.
DOI: 10.1039/D2CC01757A
„Au-Pd kvoða í vatni hvata sértækt CH4 oxun í CH3OH með O2 við vægar aðstæður“ eftir 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 og Graham J. Hutchings, 7. september 2017, Vísindi.
DOI: 10.1126/science.aan6515
