Ang bagong pamamaraan ay nagpapalit ng methane gas sa likidong methanol.
Matagumpay na na-convert ng isang pangkat ng mga mananaliksik ang methane sa methanol gamit ang magaan at nakakalat na mga transition metal tulad ng tanso sa isang proseso na kilala bilang photo-oxidation. Ang reaksyon ay ang pinakamahusay na nakamit hanggang sa kasalukuyan para sa pag-convert ng methane gas sa likidong gasolina sa ambient temperature at pressure (25 °C at 1 bar, ayon sa pagkakabanggit), ayon sa isang pag-aaral na inilathala sa journal Chemical Communications.
Ang terminong bar bilang isang yunit ng presyon ay nagmula sa salitang Griyego na nangangahulugang timbang (baros). Ang isang bar ay katumbas ng 100,000 Pascals (100 kPa), malapit sa karaniwang presyon ng atmospera sa antas ng dagat (101,325 Pa).
Ang mga natuklasan ng pag-aaral ay isang mahalagang hakbang patungo sa paggawa ng natural na gas bilang isang mapagkukunan ng enerhiya para sa produksyon ng mga alternatibong gatong sa gasolina at diesel. Sa kabila ng katotohanan na ang natural na gas ay isang fossil fuel, ang conversion nito sa methanol ay gumagawa ng mas kaunting carbon dioxide (CO2) kaysa sa iba pang mga likidong panggatong sa parehong kategorya.
Ang conversion ay naganap sa ilalim ng ambient temperature at pressure na mga kondisyon, na maaaring magamit ang methane, isang makapangyarihang greenhouse gas, upang makagawa ng gasolina. Pinasasalamatan: UFSCAR
Ang methanol ay mahalaga sa paggawa ng biodiesel at sa industriya ng kemikal sa Brazil, kung saan ito ay ginagamit upang mag-synthesize ng iba't ibang mga produkto.
Higit pa rito, ang pagkolekta ng methane mula sa atmospera ay kritikal para sa pagpapagaan ng mga negatibong kahihinatnan ng pagbabago ng klima dahil ang gas ay may 25 beses na potensyal na mag-ambag sa global warming bilang CO2, halimbawa.
"May isang mahusay na debate sa siyentipikong komunidad tungkol sa laki ng mga reserbang methane ng planeta. Ayon sa ilang pagtatantya, maaaring doble ang potensyal ng enerhiya ng lahat ng iba pang fossil fuel na pinagsama. Sa paglipat sa mga renewable, kailangan nating gamitin ang lahat ng methane na ito sa isang punto,” Marcos da Silva, unang may-akda ng artikulo, sinabi sa Agência FAPESP. Si Silva ay isang Ph.D. kandidato sa Physics Department ng Federal University of São Carlos (UFSCar).
Ang pag-aaral ay suportado ng FAPESP, ang Higher Research Council (CAPES, isang ahensya ng Ministry of Education), at ang National Council for Scientific and Technological Development (CNPq, isang arm ng Ministry of Science, Technology, and Innovation).
Ayon kay Ivo Freitas Teixeira, isang propesor sa UFSCar, thesis advisor ni Silva at ang huling may-akda ng artikulo, ang photocatalyst na ginamit sa pag-aaral ay isang pangunahing pagbabago. "Ang aming grupo ay nagbago nang malaki sa pamamagitan ng pag-oxidize ng mitein sa isang yugto," sabi niya. "Sa industriya ng kemikal, ang conversion na ito ay nangyayari sa pamamagitan ng produksyon ng hydrogen at CO2 sa hindi bababa sa dalawang yugto at sa ilalim ng napakataas na temperatura at mga kondisyon ng presyon. Ang aming tagumpay sa pagkuha ng methanol sa ilalim ng banayad na mga kondisyon, habang gumugugol din ng mas kaunting enerhiya, ay isang malaking hakbang pasulong."
Ayon kay Teixeira, ang mga resulta ay nagbibigay daan para sa hinaharap na pananaliksik sa paggamit ng solar energy para sa proseso ng conversion na ito, na posibleng mabawasan pa ang epekto nito sa kapaligiran.
Mga photocatalyst
Sa laboratoryo, ang mga siyentipiko ay nag-synthesize ng crystalline carbon nitride sa anyo ng polyheptazine imide (PHI), gamit ang mga non-noble o earth-abundant transition metal, lalo na ang tanso, upang makagawa ng mga aktibong nakikitang-liwanag na photocatalyst.
Pagkatapos ay ginamit nila ang mga photocatalyst sa mga reaksyon ng methane oxidation na may hydrogen peroxide bilang isang initiator. Ang copper-PHI catalyst ay nakabuo ng malaking dami ng mga produktong may oxygen na likido, lalo na ang methanol (2,900 micromoles bawat gramo ng materyal, o µmol.g-1 sa loob ng apat na oras).
"Natuklasan namin ang pinakamahusay na katalista at iba pang mga kondisyon na mahalaga sa reaksyon ng kemikal, tulad ng paggamit ng malaking halaga ng tubig at isang maliit na halaga ng hydrogen peroxide, na isang ahente ng oxidizing," sabi ni Teixeira. "Kabilang sa mga susunod na hakbang ang pag-unawa sa higit pa tungkol sa mga aktibong tansong site sa materyal at ang kanilang papel sa reaksyon. Plano rin naming gumamit ng oxygen nang direkta upang makagawa ng hydrogen peroxide sa mismong reaksyon. Kung matagumpay, ito ay dapat na gawing mas ligtas ang proseso at mabubuhay sa ekonomiya."
Ang isa pang punto na patuloy na iimbestigahan ng grupo ay may kinalaman sa tanso. "Nagtatrabaho kami sa dispersed copper. Noong isinulat namin ang artikulo, hindi namin alam kung nakikipag-usap kami sa mga nakahiwalay na atomo o kumpol. Alam na natin ngayon na cluster sila,” paliwanag niya.
Sa pag-aaral, ang mga siyentipiko ay gumamit ng purong methane, ngunit sa hinaharap, sila ay kukuha ng gas mula sa mga renewable tulad ng biomass.
Ayon sa United Nations, ang methane sa ngayon ay nagdulot ng humigit-kumulang 30% ng global warming mula noong pre-industrial age. Ang mga emisyon ng methane mula sa aktibidad ng tao ay maaaring mabawasan ng hanggang 45% sa susunod na dekada, na maiiwasan ang pagtaas ng halos 0.3°C pagsapit ng 2045.
Ang diskarte ng pag-convert ng methane sa likidong gasolina gamit ang isang photocatalyst ay bago at hindi magagamit sa komersyo, ngunit ang potensyal nito sa malapit na termino ay makabuluhan. "Sinimulan namin ang aming pananaliksik mahigit apat na taon na ang nakalilipas. Mayroon na kaming mas mahusay na mga resulta kaysa sa Propesor Hutchings at sa kanyang grupo noong 2017, na nag-udyok sa aming sariling pananaliksik, "sabi ni Teixeira, na tumutukoy sa isang pag-aaral na inilathala sa journal agham ng mga mananaliksik na kaanib sa mga unibersidad sa Estados Unidos at United Kingdom, at pinangunahan ni Graham Hutchings, isang propesor sa Cardiff University sa Wales.
Sanggunian:
"Selective methane photooxidation into methanol sa ilalim ng banayad na kondisyon na itinataguyod ng mataas na dispersed Cu atoms sa crystalline carbon nitrides" ni Marcos AR da Silva, Jéssica C. Gil, Nadezda V. Tarakina, Gelson TST Silva, José BG Filho, Klaus Krambrock, Markus Antonietti, Caue Ribeiro at Ivo F. Teixeira, 31 Mayo 2022, Chemical Communications.
DOI: 10.1039/D2CC01757A
"Ang may tubig na Au-Pd colloid ay nagpapanggitna sa pumipili ng CH4 oksihenasyon sa CH3OH kasama si O2 sa ilalim ng banayad na mga kondisyon” ni 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 at Graham J. Hutchings, 7 Setyembre 2017, agham.
DOI: 10.1126/science.aan6515
