En ny måde at udnytte spildt metan på

Metangas, en stor naturressource, bortskaffes ofte ved afbrænding, men ny forskning udført af forskere ved MIT kan gøre det lettere at opfange denne gas til brug som brændstof eller kemisk råmateriale.

Mange oliebrønde afbrænder metan - den største komponent af naturgas - i en proces kaldet afbrænding, som i øjeblikket spilder 150 milliarder kubikmeter af gassen hvert år og genererer svimlende 400 millioner tons kuldioxid, gør denne proces til en væsentlig bidragyder til den globale opvarmning. At lade gassen slippe uforbrændt ville føre til endnu større miljøskader, imidlertid, fordi metan er en endnu mere potent drivhusgas, end kuldioxid er.

Hvorfor spildes al denne metan, når naturgas samtidig udråbes som et vigtigt "bro"-brændstof, når verden styrer væk fra fossile brændstoffer, og er midtpunktet i den såkaldte skifergasrevolution? Svaret, som man siger i ejendomsbranchen, er enkel:placering, Beliggenhed, Beliggenhed.

Brøndene, hvor metan blusses væk, bliver primært udnyttet til deres petroleum; metanen er simpelthen et biprodukt. På steder, hvor det er praktisk at gøre det, metan opfanges og bruges til at generere elektrisk strøm eller producere kemikalier. Imidlertid, specielt udstyr er nødvendigt for at køle og sætte metangas under tryk, og specielle trykbeholdere eller rørledninger er nødvendige for at transportere det. Mange steder, såsom offshore olieplatforme eller fjerntliggende oliefelter langt fra den nødvendige infrastruktur, det er bare ikke økonomisk rentabelt.

Men nu, MIT kemiprofessor Yogesh Surendranath og tre kolleger har fundet en måde at bruge elektricitet på, som potentielt kan komme fra vedvarende kilder, at omdanne metan til derivater af methanol, en væske, der kan gøres til bilbrændstof eller bruges som forløber for en række kemiske produkter. Denne nye metode kan muliggøre billigere metankonvertering på fjerntliggende steder. Fundene, beskrevet i journalen ACS Central Science , kunne bane vejen for at gøre brug af en betydelig metanforsyning, der ellers er totalt spildt.

"Dette fund åbner dørene for et nyt paradigme inden for metankonverteringskemi, " siger Jillian Dempsey, en assisterende professor i kemi ved University of North Carolina, som ikke var involveret i dette arbejde.

Eksisterende industrielle processer til omdannelse af metan til flydende kemiske mellemformer kræver meget høje driftstemperaturer og store, kapitalkrævende udstyr. I stedet, forskerne har udviklet en elektrokemisk proces ved lav temperatur, som kontinuerligt vil genopbygge et katalysatormateriale, der hurtigt kan udføre omdannelsen. Denne teknologi kan potentielt føre til "en relativt lav pris, tilføjelse på stedet til eksisterende brøndhovedoperationer, " siger Surendranath, hvem er Paul M. Cook karriereudviklingsassistent ved MIT's afdeling for kemi.

Elektriciteten til at drive sådanne systemer kunne komme fra vindmøller eller solpaneler tæt på stedet, han siger. Denne elektrokemiske proces, han siger, kunne give en måde at udføre metankonverteringen - en proces også kendt som funktionalisering - "fjernt, hvor en masse af de 'strandede' metanreserver er."

Allerede, han siger, "metan spiller en nøglerolle som et overgangsbrændstof." Men mængden af ​​dette værdifulde brændstof, der nu bare er blusset væk, han siger, "er ret svimlende." Den enorme mængde spildt naturgas kan endda ses på satellitbilleder af Jorden om natten, i områder som Bakken-oliefelterne i North Dakota, der lyser lige så stærkt som store storbyområder på grund af afbrænding. Baseret på Verdensbankens skøn, global afbrænding af metanaffald en mængde svarende til cirka en femtedel af USA's naturgasforbrug.

Når den gas bliver blusset af i stedet for direkte frigivet, Surendranath siger, "du reducerer miljøskaden, men du spilder også energien." At finde en måde at foretage metankonvertering til en tilstrækkelig lav pris til at gøre det praktisk for fjerntliggende steder "har været en stor udfordring inden for kemi i årtier, " siger han. Det, der gør omdannelsen af ​​metan så hård, er, at kulstof-hydrogen-bindingerne i metanmolekylet modstår at blive brudt, og samtidig er der risiko for at overdrive reaktionen og ende med en løbsk proces, der ødelægger det ønskede slutprodukt.

Katalysatorer, der kunne udføre jobbet, er blevet undersøgt i mange år, men de kræver typisk skrappe kemiske midler, der begrænser reaktionshastigheden, han siger. Det vigtigste nye fremskridt var at tilføje en elektrisk drivkraft, der kunne indstilles præcist til at generere mere potente katalysatorer med meget høje reaktionshastigheder. "Da vi bruger elektricitet til at drive processen, dette åbner op for nye muligheder for at gøre processen hurtigere, selektiv, og bærbare end eksisterende metoder, " siger Surendranath. Og derudover, "Vi kan få adgang til katalysatorer, som ingen har observeret før, fordi vi genererer dem på en ny måde."

Resultatet af reaktionen er et par flydende kemikalier, methylbisulfat og methansulfonsyre, som kan videreforarbejdes til flydende methanol, et værdifuldt kemisk mellemprodukt til brændstoffer, plastik, og lægemidler. De yderligere forarbejdningstrin, der er nødvendige for at fremstille methanol, er fortsat meget udfordrende og skal perfektioneres, før denne teknologi kan implementeres i industriel skala. Forskerne raffinerer aktivt deres metode til at tackle disse teknologiske forhindringer.

"Dette arbejde skiller sig virkelig ud, fordi det ikke kun rapporterer et nyt system til selektiv katalytisk funktionalisering af metan til methanolprækursorer, men det omfatter detaljeret indsigt i, hvordan systemet er i stand til at udføre denne selektive kemi. Den mekanistiske information vil være medvirkende til at omsætte denne spændende opdagelse til en industriel teknologi, " siger Dempsey.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.