Нова метода претвара метан гас у течни метанол.
Тим истраживача је успешно претворио метан у метанол користећи светлост и расуте прелазне метале као што је бакар у процесу познатом као фотооксидација. Реакција је до сада била најбоље постигнута за претварање гаса метана у течно гориво на собној температури и притиску (25 °Ц и 1 бар, респективно), према студији објављеној у часопису Цхемицал Цоммуницатионс.
Термин бар као јединица притиска потиче од грчке речи која значи тежина (барос). Један бар је једнак 100,000 Паскала (100 кПа), близу стандардног атмосферског притиска на нивоу мора (101,325 Па).
Налази студије представљају кључни корак ка томе да природни гас постане доступан као извор енергије за производњу горива алтернативних бензину и дизелу. Упркос чињеници да је природни гас фосилно гориво, његова конверзија у метанол производи мање угљен-диоксида (ЦО2) него друга течна горива у истој категорији.
Конверзија се одвијала под условима амбијенталне температуре и притиска, што би могло омогућити да се метан, моћни гас стаклене баште, користи за производњу горива. Кредит: УФСЦАР
Метанол је од виталног значаја у производњи биодизела и хемијској индустрији у Бразилу, где се користи за синтезу разних производа.
Штавише, сакупљање метана из атмосфере је критично за ублажавање негативних последица климатских промена јер гас има 25 пута већи потенцијал да допринесе глобалном загревању као ЦО2, на пример.
„У научној заједници постоји велика дебата о величини планетарних резерви метана. Према неким проценама, они могу имати двоструко већи енергетски потенцијал од свих осталих фосилних горива заједно. У преласку на обновљиве изворе енергије, у једном тренутку ћемо морати да искористимо сав овај метан“, рекао је Маркос да Силва, први аутор чланка, за агенцију ФАПЕСП. Силва је др. кандидат на Одсеку за физику Федералног универзитета Сао Карлос (УФСЦар).
Студију су подржали ФАПЕСП, Високи истраживачки савет (ЦАПЕС, агенција Министарства просвете) и Национални савет за научни и технолошки развој (ЦНПк, огранак Министарства науке, технологије и иновација).
Према речима Ива Фреитаса Теишеире, професора на УФСЦар-у, Силвиног саветника за тезу и последњег аутора чланка, фотокатализатор коришћен у студији био је кључна иновација. „Наша група је значајно иновирала оксидацијом метана у једној фази“, рекао је он. „У хемијској индустрији ова конверзија се дешава кроз производњу водоника и ЦО2 у најмање две фазе и под веома високим температурама и условима притиска. Наш успех у добијању метанола у благим условима, уз истовремено трошење мање енергије, представља велики корак напред.”
Према Теикеири, резултати отварају пут за будућа истраживања коришћења соларне енергије за овај процес конверзије, потенцијално додатно смањујући њен утицај на животну средину.
Фотокатализатори
У лабораторији, научници су синтетизовали кристални угљен нитрид у облику полихептазин имида (ПХИ), користећи прелазне метале који нису племенити или богати земљом, посебно бакар, за производњу активних фотокатализатора видљиве светлости.
Затим су користили фотокатализаторе у реакцијама оксидације метана са водоник-пероксидом као иницијатором. Бакар-ПХИ катализатор је створио велику запремину течних производа са кисеоником, посебно метанола (2,900 микромола по граму материјала, или µмол.г-1 за четири сата).
„Открили смо најбољи катализатор и друге услове битне за хемијску реакцију, као што је употреба велике количине воде и само мале количине водоник пероксида, који је оксидационо средство“, рекао је Теикеира. „Следећи кораци укључују разумевање више о активним местима бакра у материјалу и њиховој улози у реакцији. Такође планирамо да користимо кисеоник директно за производњу водоник пероксида у самој реакцији. Ако буде успешан, ово би требало да учини процес још сигурнијим и економски одрживим."
Још једна ствар коју ће група наставити да истражује односи се на бакар. „Радимо са дисперзованим бакром. Када смо писали чланак, нисмо знали да ли имамо посла са изолованим атомима или кластерима. Сада знамо да су кластери“, објаснио је он.
У студији су научници користили чисти метан, али ће у будућности гас извлачити из обновљивих извора као што је биомаса.
Према подацима Уједињених нација, метан је до сада изазвао око 30% глобалног загревања од прединдустријског доба. Емисије метана из људске активности могле би се смањити за чак 45% у наредној деценији, чиме би се избегао пораст од скоро 0.3°Ц до 2045. године.
Стратегија претварања метана у течно гориво помоћу фотокатализатора је нова и није комерцијално доступна, али њен потенцијал у блиској будућности је значајан. „Почели смо наше истраживање пре више од четири године. Сада имамо далеко боље резултате од оних професора Хатцхингса и његове групе 2017. године, што је мотивисало наше истраживање“, рекао је Теикеира, позивајући се на студију објављену у часопису. Наука истраживачи повезани са универзитетима у Сједињеним Државама и Уједињеном Краљевству, а предвођени Грејемом Хачингсом, професором на Кардиф Универзитет у Велсу.
Референце:
„Селективна фотооксидација метана у метанол под благим условима подстакнута високо диспергованим атомима Цу на кристалним угљеничним нитридима“ од Марцос АР да Силва, Јессица Ц. Гил, Надезда В. Таракина, Гелсон ТСТ Силва, Јосе БГ Филхо, Клаус Крамброцк, Маркус Антониетти, Цауе Рибеиро и Иво Ф. Теикеира, 31. мај 2022, Цхемицал Цоммуницатионс.
ДОИ: 10.1039/Д2ЦЦ01757А
„Водени колоиди Ау-Пд катализују селективни ЦХ4 оксидација до ЦХ3ОХ са О2 под благим условима” аутора Нисхтха Агарвал, Симон Ј. Фреаклеи, Ребецца У. МцВицкер, Султан М. Алтхахбан, Николаос Димитратос, Киан Хе, Давид Ј. Морган, Роберт Л. Јенкинс, Давид Ј. Виллоцк, Стуарт Х. Таилор, Цхристопхер. Ј. Киели и Грахам Ј. Хутцхингс, 7. септембар 2017. Наука.
ДОИ: 10.1126/сциенце.аан6515
