Mbinu Mpya Inabadilisha Gesi ya Kuchafua Kuwa Mafuta

Njia mpya hubadilisha gesi ya methane kuwa methanoli ya kioevu.

Timu ya watafiti imefaulu kubadilisha methane kuwa methanoli kwa kutumia metali nyepesi na zilizotawanyika za mpito kama vile shaba katika mchakato unaojulikana kama oxidation ya picha. Mwitikio ulikuwa bora zaidi uliofikiwa hadi sasa wa kubadilisha gesi ya methane kuwa mafuta ya kioevu kwa joto la kawaida na shinikizo (25 ° C na bar 1, mtawaliwa), kulingana na utafiti uliochapishwa katika jarida. kemikali Communications.

Neno bar kama kitengo cha shinikizo linatokana na neno la Kigiriki linalomaanisha uzito (baros). Upau mmoja ni sawa na Pascal 100,000 (kPa 100), karibu na shinikizo la angahewa la kawaida kwenye usawa wa bahari (101,325 Pa).


Matokeo ya utafiti huo ni hatua muhimu kuelekea kufanya gesi asilia ipatikane kama chanzo cha nishati kwa ajili ya uzalishaji wa nishati mbadala kwa petroli na dizeli. Licha ya ukweli kwamba gesi asilia ni mafuta ya kisukuku, ubadilishaji wake kuwa methanoli hutoa dioksidi kaboni (CO2) kidogo kuliko mafuta mengine ya kioevu katika kitengo sawa.

Ubadilishaji ulifanyika chini ya hali ya joto iliyoko na shinikizo, ambayo inaweza kuwezesha methane, gesi chafu yenye nguvu, kutumika kuzalisha mafuta. Mkopo: UFSCAR

Methanoli ni muhimu katika uzalishaji wa dizeli ya kibayolojia na tasnia ya kemikali nchini Brazili, ambapo hutumika kusanisi bidhaa mbalimbali.


Zaidi ya hayo, ukusanyaji wa methane kutoka angahewa ni muhimu kwa ajili ya kupunguza matokeo mabaya ya mabadiliko ya hali ya hewa kwani gesi ina uwezo mara 25 wa kuchangia ongezeko la joto duniani kama CO2, kwa mfano.

"Kuna mjadala mkubwa katika jumuiya ya wanasayansi kuhusu ukubwa wa hifadhi ya methane ya sayari. Kulingana na baadhi ya makadirio, wanaweza kuwa na uwezo maradufu wa nishati ya nishati nyingine zote zikiunganishwa. Katika mpito wa kutumia upya, itabidi tuguse methane hii yote wakati fulani,” Marcos da Silva, mwandishi wa kwanza wa makala hayo, aliiambia Agência FAPESP. Silva ni Ph.D. mgombea katika Idara ya Fizikia ya Chuo Kikuu cha Shirikisho cha São Carlos (UFSCar).

Utafiti huo uliungwa mkono na FAPESP, Baraza la Utafiti wa Juu (CAPES, wakala wa Wizara ya Elimu), na Baraza la Kitaifa la Maendeleo ya Sayansi na Teknolojia (CNPq, tawi la Wizara ya Sayansi, Teknolojia, na Ubunifu).

Kulingana na Ivo Freitas Teixeira, profesa katika UFSCar, mshauri wa thesis ya Silva na mwandishi wa mwisho wa makala, kichochezi cha picha kilichotumika katika utafiti huo kilikuwa uvumbuzi muhimu. "Kikundi chetu kilivumbua kwa kiasi kikubwa kwa kuongeza oksidi ya methane katika hatua moja," alisema. "Katika tasnia ya kemikali, ubadilishaji huu hutokea kupitia utengenezaji wa hidrojeni na CO2 katika angalau hatua mbili na chini ya hali ya joto ya juu sana na shinikizo. Mafanikio yetu katika kupata methanoli chini ya hali nyepesi, wakati pia tunatumia nishati kidogo, ni hatua kubwa mbele.


Kulingana na Teixeira, matokeo yanafungua njia kwa ajili ya utafiti wa siku zijazo katika matumizi ya nishati ya jua kwa mchakato huu wa uongofu, uwezekano wa kupunguza athari zake za mazingira bado zaidi.

Wachambuzi wa picha

Katika maabara, wanasayansi waliunganisha nitridi ya kaboni ya fuwele kwa njia ya polyheptazine imide (PHI), kwa kutumia metali zisizo za heshima au nyingi za dunia, hasa shaba, ili kuzalisha photocatalysts inayoonekana-mwanga.

Kisha walitumia vichochezi vya picha katika miitikio ya oksidi ya methane na peroksidi ya hidrojeni kama kianzilishi. Kichocheo cha shaba-PHI kilizalisha kiasi kikubwa cha bidhaa za kioevu zilizo na oksijeni, hasa methanoli (micromoles 2,900 kwa kila gramu ya nyenzo, au µmol.g-1 katika saa nne).

"Tuligundua kichocheo bora na hali zingine muhimu kwa mmenyuko wa kemikali, kama vile kutumia kiasi kikubwa cha maji na kiasi kidogo cha peroxide ya hidrojeni, ambayo ni wakala wa vioksidishaji," Teixeira alisema. "Hatua zinazofuata ni pamoja na kuelewa zaidi juu ya tovuti hai za shaba kwenye nyenzo na jukumu lao katika athari. Pia tunapanga kutumia oksijeni moja kwa moja kutoa peroksidi ya hidrojeni katika majibu yenyewe. Ikiwa itafaulu, hii inapaswa kufanya mchakato kuwa salama zaidi na wenye faida kiuchumi.


Jambo lingine ambalo kundi litaendelea kuchunguza linahusiana na shaba. "Tunafanya kazi na shaba iliyotawanywa. Tulipoandika makala hiyo, hatukujua ikiwa tulikuwa tukishughulika na atomi zilizojitenga au makundi. Sasa tunajua ni makundi,” alieleza.

Katika utafiti huo, wanasayansi walitumia methane safi, lakini katika siku zijazo, watatoa gesi kutoka kwa vitu mbadala kama vile biomasi.

Kulingana na Umoja wa Mataifa, methane hadi sasa imesababisha takriban 30% ya ongezeko la joto duniani tangu enzi ya kabla ya viwanda. Uzalishaji wa methane kutokana na shughuli za binadamu unaweza kupunguzwa kwa kiasi cha 45% katika muongo ujao, na hivyo kuepuka kupanda kwa karibu 0.3°C kufikia 2045.

Mkakati wa kubadilisha methane kuwa mafuta ya kioevu kwa kutumia photocatalyst ni mpya na haipatikani kibiashara, lakini uwezo wake katika muda mfupi ni muhimu. "Tulianza utafiti wetu zaidi ya miaka minne iliyopita. Sasa tuna matokeo bora zaidi kuliko yale ya Profesa Hutchings na kikundi chake mnamo 2017, ambayo yalichochea utafiti wetu wenyewe, "Teixeira alisema, akimaanisha utafiti uliochapishwa kwenye jarida hilo. Bilim na watafiti walio na uhusiano na vyuo vikuu vya Marekani na Uingereza, na wakiongozwa na Graham Hutchings, profesa katika chuo kikuu. Chuo Kikuu cha Cardiff huko Wales.



Marejeo:

"Chaguo la oksidi ya methane kuwa methanoli chini ya hali tulivu inayokuzwa na atomi za Cu zilizotawanywa sana kwenye nitridi za kaboni za fuwele" na Marcos AR da Silva, Jéssica C. Gil, Nadezda V. Tarakina, Gelson TST, José BG Filho, Klaus Krambrock, Markus Antonietti Caue Ribeiro na Ivo F. Teixeira, 31 Mei 2022, kemikali Communications.
DOI: 10.1039/D2CC01757A

"Koloidi zenye maji za Au-Pd huchochea kuchagua CH₄ oxidation kwa CH₃OH pamoja na O₂ chini ya hali ya upole” na 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 na Graham J. Hutchings, 7 Septemba 2017, Bilim.
DOI: 10.1126/science.aan6515