Forskere udvikler potentielt billige, lavemissionsteknologi, der kan omdanne metan uden at danne CO2

Mens vi arbejder hen imod mere bæredygtige måder at styrke vores livsstil på, der er en søgen efter at bygge bro mellem de kuldioxid-udsendende fossile brændstoffer, vi er afhængige af til vores mest basale behov, og renseren, men endnu ikke økonomisk gennemførlige alternative teknologier.

Til det formål, en gruppe ved UC Santa Barbara har undersøgt metoder, hvormed i øjeblikket billig og rigelig metan (CH4) kan reduceres til rent-brændende brint (H2) og samtidig forhindre dannelsen af ​​kuldioxid (CO2), en drivhusgas. Dens rapport, "Katalytiske smeltede metaller til direkte omdannelse af methan til brint og udskilleligt kulstof, " står i journalen Videnskab .

"I USA, metan vil være hjertet i vores økonomi i fire eller fem årtier, og at finde ud af måder at bruge det mere bæredygtigt på er det, der motiverer os, " sagde UCSB kemiingeniørprofessor Eric McFarland. "Dette papir var en interessant vinkel på noget, vi har kigget på i lang tid."

Et produkt af både naturlige og menneskeskabte processer, metan - den primære komponent i naturgas - er en vigtig kilde til brændstof til madlavning, opvarmer og forsyner vores hjem med strøm og bruges til fremstilling og transport. Som et affaldsprodukt, der er en mere potent drivhusgas end kuldioxid, det er målet for mange bestræbelser på at opfange og reducere sådanne emissioner.

Steam methan reforming (SMR) har været kommercialiseret i årtier og er den mest almindelige proces til fremstilling af kommerciel brint. Imidlertid, forskerne påpeger, SMR forbruger betydelige mængder energi og producerer nødvendigvis kuldioxid, som normalt frigives til atmosfæren. Da processen blev indført, CO2 blev ikke betragtet som et problem. Men efterhånden som vi blev mere drivhusgas-bevidste, det er vokset til en global bekymring. Omkostningerne ved at drive SMR-processen, og de potentielle yderligere omkostninger ved kulstofafgifter og kulstofbinding, sætter brintproduktion ved SMR i fare for betydelige omkostningsstigninger - især i mindre operationer, der kan levere den nødvendige brint til brændselscellekøretøjer.

UCSB-teamet omfatter et langvarigt samarbejde om katalytiske tilgange til naturgaskonvertering mellem teoretisk kemiker og professor Horia Metiu og McFarland. Sammen med professor i kemiingeniør Michael Gordon, de begyndte at undersøge brugen af ​​smeltede metaller og smeltede salte som interessante og uudforskede katalytiske systemer. Metius teoretiske arbejde antydede, at forskellige kombinationer af metaller i smeltede legeringer kunne give øget katalytisk aktivitet til omdannelse af metan til brint og fast kulstof. Forskerne har udviklet en enkelttrinsmetode, hvorved metan kan omdannes til brint, som ikke kun er enklere og potentielt billigere end konventionelle SMR-metoder, og resulterer i en fast form for kulstof, der let kan transporteres og opbevares på ubestemt tid.

"Du indfører en boble af metangas i bunden af ​​en reaktor fyldt med dette katalytisk aktive smeltede metal, McFarland forklarede. "Når boblen stiger, metanmolekylerne rammer boblens væg, og de reagerer og danner kulstof og brint."

Til sidst, fortsatte han, når metanboblen når overfladen, det er nedbrudt til brintgas, som frigives i toppen af ​​reaktoren; kulstoffaststoffer, der flyder til toppen af ​​det flydende metal, kan derefter skummes af. Sammenlignet med konventionelle metoder, der er afhængige af reaktioner, der forekommer på faste overflader, de smeltede metallegeringsoverflader deaktiveres ikke ved ophobning af kulstof og kan genbruges på ubestemt tid. Kombinationen af ​​et aktivt flydende metal og dets opløselighed over for brint gør det muligt for smelten at optage relativt mere brint og kulstof, end der kan være til stede i gasboblerne. Dette gør det muligt for processen at være effektiv med meget højtryksmetan til fremstilling af højtryksbrint.

"Man tillader virkelig sig selv at trække alle produkterne væk fra reaktanterne, og det gør, at ligevægten flyttes mod produkterne. Processen kan i princippet fungere ved højt tryk og stadig få en meget høj metanomsætning, " sagde McFarland.

Økosystemet til at implementere denne type teknologi eksisterer allerede, givet eksisterende infrastruktur til behandling af kulbrinter såsom kul og naturgas, den nuværende overflod af metan, og lovgivnings- og industribestræbelser på at stramme op på opsamlingen af ​​flygtige emissioner, ifølge McFarland. Forskningen har fanget opmærksomheden og støtten fra Royal Dutch Shell, han tilføjede. Elektriciteten produceret af brint afledt af denne nul-kuldioxid-proces ville være billigere end de nuværende priser for solenergi, hvilken, mens det i sidste ende er mere bæredygtigt, er ikke omkostningskonkurrerende med fossile brændstoffer i dag.

"Hvis hele verden er rig, så ville vind og sol være tilstrækkeligt lave omkostninger til at blive udbredt bredt, men det er ikke billigt nok for den verden, vi har i dag, " sagde McFarland. Fra et emissionssynspunkt, fortsatte han, det er særligt vigtigt at implementere lave omkostninger, lavemissionsteknologier i steder som Kina, i øjeblikket verdens største udleder af drivhusgasser. Indien og Afrika, som har et enormt og voksende kulbrinteforbrug, ville også drage fordel af en sådan teknologi; de er endnu ikke rige nok til at have solpanelernes luksus.