Gennembrud i direkte aktivering af CO2 og CH4 til flydende brændstoffer og kemikalier

Forskere fra University of Liverpool har gjort et betydeligt gennembrud i den direkte omdannelse af kuldioxid (CO ₂ ) og methan (CH ₄ ) til flydende brændstoffer og kemikalier, som kan hjælpe industrien med at reducere drivhusgasemissioner og samtidig producere værdifulde kemiske råvarer.

I et papir offentliggjort i kemitidsskrift Angewandte Chemie de rapporterer om en meget unik plasmasynteseproces for den direkte, et-trins aktivering af kuldioxid og metan til flydende brændstoffer og kemikalier af højere værdi (f.eks. eddikesyre, methanol, ethanol og formaldehyd) med høj selektivitet ved omgivelsesbetingelser (stuetemperatur og atmosfærisk tryk).

Det er første gang, denne proces er blevet vist, da det er en betydelig udfordring direkte at omdanne disse to stabile og inerte molekyler til flydende brændstoffer eller kemikalier ved hjælp af en konventionel enkelttrinsproces (f.eks. katalyse) uden om høj temperatur, energiintensiv syngasproduktionsproces og højtrykssyngasbehandling til kemisk syntese.

Ettrins stuetemperatursyntese af flydende brændstoffer og kemikalier fra den direkte reformering af CO ₂ med CH ₄ blev opnået ved at bruge en ny ikke-termisk plasmareaktor med atmosfærisk tryk med en vandelektrode og en lav energitilførsel.

Dr. Xin Tu, fra Universitetets Institut for Elektroteknik og Elektronik, sagde:"Disse resultater viser klart, at ikke-termiske plasmaer tilbyder en lovende løsning til at overvinde den termodynamiske barriere for den direkte transformation af CH ₄ og CO ₂ ind i en række strategisk vigtige platformkemikalier og syntetiske brændstoffer under omgivende forhold. Introduktion af en katalysator i den plasmakemiske proces, kendt som plasmakatalyse, kunne justere selektiviteten af ​​målkemikalier. "

"Dette er en stor banebrydende teknologi, der har et stort potentiale til at levere en trinvis ændring i fremtidig metanaktivering, CO ₂ konvertering og udnyttelse og kemisk energilagring, som også er af enorm relevans for energi- og kemisk industri og kan hjælpe med at tackle udfordringerne med global opvarmning og drivhusgaseffekt."

Metan- og kuldioxidemissioner betragtes som drivhusgasser, som bidrager til global opvarmning og klimaændringer.

For at tackle de globale energiudfordringer som følge af drivhusgasser, nye og nye teknologier udvikles i et accelererende tempo.

Plasma, materiens fjerde tilstand, en elektrisk ladet gasblanding, tilbyder et lovende og attraktivt alternativ til syntese af brændstoffer og kemikalier, giver en unik måde at gøre det muligt for termodynamisk ugunstige reaktioner at finde sted ved omgivende forhold.

I ikke-termiske plasmaer, gastemperaturen forbliver lav (så lav som stuetemperatur), mens elektronerne er meget energiske med en typisk elektrontemperatur på 1-10 eV, hvilket er tilstrækkeligt til at aktivere inerte molekyler (fx CO ₂ og CH ₄ ) præsenterer og producerer en række kemisk reaktive arter, herunder radikaler, exciterede atomer, molekyler og ioner. Disse energiske arter, som produceres ved en relativt lav temperatur, er i stand til at igangsætte en række forskellige reaktioner.

Plasmasystemer har fleksibiliteten til at blive skaleret op og ned. Ud over, høj reaktionshastighed og hurtig opnåelse af steady state i en plasmaproces muliggør hurtig opstart og nedlukning af plasmaprocessen sammenlignet med andre termiske processer, som væsentligt reducerer de samlede energiomkostninger og tilbyder en lovende vej for plasmaprocessen drevet af vedvarende energi (f.eks. vind- og solenergi) til at fungere som et effektivt kemisk energilagring lokalt eller distribueret system.

Den meget attraktive proces kunne også give en lovende løsning til at afslutte gasafbrænding fra olie- og gasbrønde gennem omdannelse af afbrændt metan til værdifulde flydende brændstoffer og kemikalier, som nemt kan opbevares og transporteres. Omkring 3,5 % (~150 milliarder kubikmeter gas) af verdens naturgasforsyning blev spildt brændt, eller "blændet", ved olie- og gasfelter, udledt mere end 350 millioner tons CO ₂ .