Forskere afslører metode til at omdanne metangas til flydende methanol

Det er lykkedes en gruppe forskere at omdanne metan til methanol ved hjælp af lette og spredte overgangsmetaller som kobber i en proces kendt som fotooxidation. Ifølge en artikel, der rapporterer undersøgelsen offentliggjort i Chemical Communications , var reaktionen den hidtil bedst opnåede til omdannelse af metangas til flydende brændstof under omgivelsesbetingelser med temperatur og tryk (henholdsvis 25 °C og 1 bar).

Udtrykket bar som en trykenhed stammer fra det græske ord for vægt (baros). En bar svarer til 100.000 Pascal (100 kPa), hvilket er meget tæt på standardatmosfærisk tryk ved havoverfladen (101.325 Pa).

Resultaterne af undersøgelsen er et vigtigt skridt i at gøre naturgas tilgængelig som energikilde til produktion af alternative brændstoffer til benzin og diesel. Selvom naturgas betragtes som et fossilt brændstof, udleder dens omdannelse til methanol mindre kuldioxid (CO₂ ) end andre flydende brændstoffer i samme kategori.

I Brasilien spiller methanol en nøglerolle i produktionen af ​​biodiesel og i den kemiske industri, som bruger det til at syntetisere mange produkter.

Desuden er metanopsamling fra atmosfæren afgørende for at afbøde de negative virkninger af klimaændringer, da gassen har 25 gange potentialet for CO₂ for eksempel for at bidrage til global opvarmning.

"Der er en stor debat i det videnskabelige samfund om størrelsen af ​​planetens metanreserver. Ifølge nogle skøn kan de have dobbelt så meget energipotentiale som alle andre fossile brændstoffer tilsammen. I overgangen til vedvarende energi bliver vi nødt til at udnytte al denne metan på et tidspunkt," fortalte Marcos da Silva, artiklens første forfatter, til Agência FAPESP. Silva er ph.d. kandidat i fysikafdelingen ved Federal University of São Carlos (UFSCar).

Ifølge Ivo Freitas Teixeira, professor ved UFSCar, Silvas specialevejleder og sidste forfatter til artiklen, var fotokatalysatoren, der blev brugt i undersøgelsen, en vigtig nyskabelse. "Vores gruppe fornyede sig betydeligt ved at oxidere metan i et enkelt trin," sagde han. "I den kemiske industri sker denne omdannelse via produktion af brint og CO₂ i mindst to trin og under meget høje temperatur- og trykforhold. Vores succes med at opnå methanol under milde forhold, samtidig med at vi bruger mindre energi, er et stort skridt fremad."

Ifølge Teixeira baner resultaterne vejen for fremtidig forskning i brugen af ​​solenergi til denne konverteringsproces, hvilket potentielt kan reducere dens miljøpåvirkning yderligere.

Fotokatalysatorer

I laboratoriet syntetiserede forskerne krystallinsk carbonnitrid i form af polyheptazinimid (PHI) ved hjælp af ikke-ædle eller jordrige overgangsmetaller, især kobber, til at producere aktive synligt lys fotokatalysatorer.

De brugte derefter fotokatalysatorerne i methanoxidationsreaktioner med hydrogenperoxid som initiator. Kobber-PHI-katalysatoren genererede et stort volumen iltede flydende produkter, især methanol (2.900 mikromol pr. gram materiale eller µmol.g-1 på fire timer).

"Vi opdagede den bedste katalysator og andre forhold, der er afgørende for den kemiske reaktion, såsom at bruge en stor mængde vand og kun en lille mængde hydrogenperoxid, som er et oxidationsmiddel," sagde Teixeira. "De næste trin omfatter at forstå mere om de aktive kobbersteder i materialet og deres rolle i reaktionen. Vi planlægger også at bruge ilt direkte til at producere hydrogenperoxid i selve reaktionen. Hvis det lykkes, skulle dette gøre processen endnu mere sikker og økonomisk levedygtig."

Et andet punkt, som gruppen vil fortsætte med at undersøge, vedrører kobber. "Vi arbejder med spredt kobber. Da vi skrev artiklen, vidste vi ikke, om vi havde at gøre med isolerede atomer eller klynger. Vi ved nu, at de er klynger," forklarede han.

I undersøgelsen brugte forskerne ren metan, men fremover vil de udvinde gassen fra vedvarende energi som biomasse. Ifølge FN har metan indtil videre forårsaget omkring 30 % af den globale opvarmning siden den førindustrielle tidsalder. Methanemissioner fra menneskelig aktivitet kan reduceres med så meget som 45 % i det kommende årti og undgå en stigning på næsten 0,3°C i 2045.

Strategien med at omdanne metan til flydende brændstof ved hjælp af en fotokatalysator er ny og ikke tilgængelig kommercielt, men dens potentiale på kort sigt er betydeligt. "Vi begyndte vores forskning for over fire år siden. Vi har nu langt bedre resultater end professor Hutchings og hans gruppe i 2017, hvilket motiverede vores egen forskning," sagde Teixeira med henvisning til en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Science af forskere tilknyttet universiteter i USA og Storbritannien, og ledet af Graham Hutchings, professor ved Cardiff University i Wales. + Udforsk yderligere

En ny måde at direkte omdanne metan til methanol ved hjælp af guld-palladium nanopartikler