Az Egyesült Államokban dolgozó vegyészek új eljárást fejlesztettek ki arra, hogyan lehet a földgázt folyékony üzemanyaggá alakítani. A Northwestern University kutatócsoportja egyetlen lépésben, közvetlenül alakította át a metánt metanollá. Ehhez apró plazmakisüléseket — vagyis mini „villámokat” — hoztak létre vízbe merített üvegcsövekben – írja az Interesting Engineering.
„Nagyfeszültségű elektromos impulzusokat használunk” – mondta Dayne Swearer, a Northwestern kutatója és a tanulmány levelező szerzője.
„Ha az elektromos potenciál elég magas, villámok keletkeznek a reaktorunk belsejében, ugyanúgy, mint egy nyári zivatar során. Ezt a kémiát használjuk ki arra, hogy felbontsuk a metán kötéseit anélkül, hogy az egész rendszert szélsőséges hőmérsékletre kellene felhevíteni.”
A jelenleg alkalmazott módszer ugyan megbízható, de energiaigényes, és világszerte évente több millió tonna szén-dioxid-kibocsátással jár.
Az új eljárás ezzel szemben csak elektromosságot, vizet és egy réz-oxid katalizátort használ, így a sajtóközlemény szerint tisztább, villamosított alternatívát jelenthet a világ egyik legszélesebb körben használt vegyipari alapanyagának előállítására.
A kutatók arra is felhívták a figyelmet, hogy a metanol sokoldalú, nagy keresletű ipari vegyület, amelyet számos mindennap használt termék előállításához alkalmaznak. Emellett gyakran használják ipari oldószerként is, és egyre nagyobb figyelmet kap mint a hajók és ipari kazánok tisztábban égő üzemanyaga.
A világ egyik leggyakrabban használt tömegvegyületeként a metanol fontos alapanyaga a műanyagoknak, festékeknek és ragasztóknak.
Az utóbbi időben a kutatók azért is vizsgálják ígéretes folyékony üzemanyagként, mert elégetése a sajtóközlemény szerint alacsonyabb kénkibocsátással és kisebb részecskeszennyezéssel jár, mint a benziné vagy a dízelé.
A kutatócsoport azt is kiemelte, hogy az ipar jelenleg többlépcsős eljárással állítja elő a metanolt, amely gőzreformálással kezdődik. Ennek során a metánt először 800 Celsius-fokot meghaladó hőmérsékleten gőzzel reagáltatják, hogy szén-monoxidra és hidrogénre bontsák. Ezután ezeket a gázokat rendkívül magas, a normál légköri nyomás 200-300-szorosának megfelelő nyomáson újra egyesítik, hogy metanol jöjjön létre.
A metán lebontása, majd újraépítése rendkívül nagy hőigénnyel jár, és a folyamat során elkerülhetetlenül szén-dioxid is keletkezik.
„A szélsőséges hőmérsékletre azért van szükség, hogy fel lehessen bontani a metánban lévő, nehezen reagáló szén-hidrogén kötéseket” – mondta Swearer.
„Ezután nagy nyomást kell alkalmazni ahhoz, hogy ezeket a molekulákat a katalizátoron össze lehessen préselni, és létrejöhessen a metanolmolekula. Működik, de nem ez a legegyenesebb út a metánból történő metanol-előállításhoz.”
Az új, egylépéses eljáráshoz James Ho, Swearer laboratóriumának PhD-hallgatója és a tanulmány első szerzője egy plazmás „buborékreaktort” épített. Ez lényegében egy porózus üvegcső, amelyet réz-oxid katalizátorral vontak be. A kutatók ezután metángázt vezettek át a csövön, miközben elektromos impulzusokat alkalmaztak.
Az elektromosság a metángázt plazmává alakította, így a metán és a víz rendkívül reakcióképes részecskékre bomlott. Ezek a részecskék ezután újra egyesültek, és metanolt hoztak létre, amely azonnal feloldódott a körülötte lévő vízben.
Ez a gyors „kioltás” a megfelelő pillanatban állította le a kémiai reakciót, megakadályozva, hogy a metán szén-dioxiddá bomoljon.
„A megfigyelhető világegyetem több mint 99 százaléka plazmából áll” – mondta James Ho. „De bár mindenütt jelen van, a kémia területén valójában még kiaknázatlan erőforrás. Azért használunk hideg plazmát, mert alacsony hőmérsékleten és normál légköri nyomás mellett is elő tudjuk állítani.”
Kiemelt kép forrása: Unsplash
Devenyi Dalma
