Постапката развиена од научниците на американското Министерство за енергетика и партнерските институции може да се нарече речиси револуционерна. Имено, како што навеле во научен труд објавен во списанието на Американското хемиско друштво, развиле процес и создале високо селективен катализатор кој во само еден чекор може да го претвори метанот во лесно преносливо течно гориво, метанол.
Да потсетиме, метанот е природен гас кој може да се вади од подземните резерви, додека метанолот е метил алкохол кој се користи во хемиската индустрија и производство, но и како гориво.
Како што објаснуваат во нивниот труд, процесот на претворање на метанот во метанол се одвива на температури пониски од оние кои се потребни за да се направи шолја чај, а по завршувањето на процесот нема дополнителни нуспроизводи.
Тие истакнуваат дека ова е голем чекор напред во споредба со традиционалните процеси на конверзија кои обично бараат дури три различни реакции, секоја под различни услови и на многу повисоки температури.
Всушност, ставаме сè во шпорет под притисок и потоа реакцијата се случува спонтано, истакнува хемискиот инженер Хуан Хименез, постдокторски соработник во хемискиот оддел на Националната лабораторија Брукхевен и главен автор на студијата.
Заедничка работа на два континента
Основната наука зад конверзијата се заснова на една деценија заедничко истражување. Хемичарите од Брукхевен соработуваа со експерти од Националниот синхротронски извор на светлина II (NSLS-II) и Центарот за функционални наноматеријали (CFN) на лабораторијата, како и со истражувачи од националната лабораторија Ејмс и меѓународни соработници во Италија и Шпанија.
Научниците користеа компјутерско моделирање и различни други техники за да научат како овие катализатори функционираат за да се скршат и повторно да се формираат хемиските врски за да се конвертира метанот во метанол и да се разјасни улогата на водата во реакцијата.
Претходните студии, спроведени на поедноставени модели на катализатор во многу недопрени услови, му дадоа на тимот вредни сознанија за тоа како треба да изгледаат катализаторите на молекуларно ниво и како потенцијално ќе продолжи реакцијата.
Хуан ги зеде концептите што ги научивме за реакцијата и ги оптимизираше, работејќи со нашите колеги за синтеза на материјали од Универзитетот во Удине во Италија, теоретичари од Институтот за катализа и петрохемија и Политехничкиот универзитет во Валенсија во Шпанија и колегите од карактеризација овде во Брукхевен. и Ејмс Лаб. Оваа нова работа ги потврдува идеите зад претходната работа и ја преведува синтезата на катализаторите во лабораторија во многу попрактичен процес за правење килограмски количини катализатор во прав кои се директно релевантни за индустриски апликации, објасни коавторот на студијата Сањаја Сенајака.
„Тајна состојка“
„Тајната состојка“ во овој процес е тенок слој „интерфазен“ јаглерод помеѓу металот и оксидот кој му помага на активниот метал, паладиумот, да го претвори метанот во метанол.
Ова е трифазна реакција со гасовити, цврсти и течни состојки – конкретно, гас метан, водород пероксид и вода како течности и цврст прав катализатор – и овие три состојки реагираат под притисок. Затоа моравме да изградиме нови трифазни реактори под притисок за да можеме да ги следиме тие состојки во реално време, рече Сенајаке.
Тимот изгради еден реактор во Одделот за хемија и користеше инфрацрвена спектроскопија за да ги измери стапките на реакција и да ги идентификува хемиските видови кои се појавија на површината на катализаторот додека реакцијата напредуваше.
На крајот, тимот откри дека активната состојба на нивниот трикомпонентен катализатор – направен од паладиум, цериум оксид и јаглерод – ја експлоатира сложената трифазна течно-цврста-гасна микросредина за да го произведе финалниот производ.
На крајот на краиштата, наместо три одделни реакции во три различни реактори кои работат под три различни групи услови за производство на метанол од метан со потенцијал за нуспроизводи кои бараат скапи чекори за сепарација, тимот има катализатор од три дела кој води трифазна реакција. во еден реактор со 100 процентна селективност за производство на метанол.
Дополнителен плус на оваа техника е што може да се примени и за експлоатација на резерви на природен гас во изолирани области, каде што изградбата на капацитети за екстракција и преработка и самиот транспорт е исклучително скапа. Имено, оваа техника би го претворила извлечениот гас во едноставно течно гориво кое лесно се транспортира.
Би можеле да ја зголемиме оваа технологија и да ја примениме за локално производство на метанол, кој потоа може да се користи за производство на електрична енергија, хемиско производство или дури и како гориво, истакнува Сенајаке.
Извор: Национална лабораторија во Брукхавен
