Группа исследователей превращает метан в метанол при комнатной температуре.

Группа исследователей из Стэнфордского университета и Левенского университета в Бельгии усовершенствовала процесс, который может стать важным шагом на пути к экономии метанола. Учитывая обилие метана в качестве сырья, это достижение может фундаментально изменить способ использования природного газа в мире.

Метанол, простейший спирт, используется для производства различных продуктов, таких как краска и пластик, а также в качестве добавки к бензину. Богатый водородом метанол может использоваться в топливных элементах следующего поколения, которые могут принести значительную пользу для окружающей среды.

Конверсия, которая может стать революцией

Если бы природный газ, основным компонентом которого является метан, можно было бы экономично конвертировать в метанол, это было бы действительно большим достижением. Полученное жидкое топливо будет гораздо легче хранить и транспортировать, чем природный газ и чистый водород. И это также значительно сократит выбросы метана с заводов по переработке природного газа и трубопроводов.

Сегодня метан, парниковый газ, во много раз более мощный, чем углекислый газ, практически сводит на нет экологические преимущества природного газа перед нефтью и углем. Новое исследование команды в текущем выпуске журнала Science является последней разработкой низкоэнергетического способа производства метанола из метана.

«В этом процессе используются обычные кристаллы, известные как железные цеолиты, которые, как известно, преобразуют природный газ в метанол при комнатной температуре», — объясняет он. Бенджамин Снайдер, который получил докторскую степень в Стэнфорде, изучая катализаторы для решения ключевых аспектов этой проблемы. «Но это чрезвычайно сложная химическая задача на практическом уровне, поскольку метан химически инертен».

Это экономически привлекательный процесс, но не такой простой. Значительные препятствия не позволяют довести этот процесс до промышленного уровня.

Эдвард СоломонСтэнфордский профессор химии и фотонной науки Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Соломон — старший автор нового исследования

Держите цеолиты горящими, чтобы произвести метанол.

Проблема, которая сейчас стоит на пути массового распространения методов получения метанола при комнатной температуре, заключается именно в железных цеолитах. К сожалению, большинство из них быстро отключаются. Другими словами, процесс работает, но занимает очень мало времени.

Поэтому следующая цель сейчас - улучшить характеристики этих силикатов. Новое исследование, также разработанное соавтором. Ханна Рода, аспирант Стэнфордского университета в области неорганической химии, использует передовую спектроскопию для изучения физической структуры наиболее многообещающих цеолитов для производства метан-метанола.

Ключевой вопрос - как получить метанол, не разрушая катализатор.

Ханна РодаСтэнфордский университет

Анализ команды и «эффект клетки»

Выбрав два железных цеолита, команда исследовала физическую структуру их решеток. Они обнаружили, что реакционная способность сильно варьируется в зависимости от размера пор в окружающей кристаллической структуре. Команда называет это «эффектом клетки», поскольку герметизирующая решетка выглядит как клетка.

Если поры в клетках слишком велики, активный центр деактивируется только после одного цикла реакции и больше никогда не активируется. Однако когда отверстия пор меньше, они координируют точный молекулярный «танец» между реагентами и продлевают продолжительность процесса. Воспользовавшись этой функцией, команда смогла повторно активировать 40% деактивированных сайтов, значительный концептуальный прогресс в направлении каталитического процесса в промышленном масштабе.

Каталитический цикл однажды может привести к непрерывному и экономичному производству метанола из природного газа.

Бенджамин СнайдерСтэнфордский университет

Путь к метанольному топливу

Предстоит еще много работы, но необходимо сказать две вещи. во-первых: В любом случае это фундаментальный шаг вперед в фундаментальной науке. Потому что это поможет прояснить химикам и инженерам-химикам процесс, используемый цеолитами железа для производства метанола при комнатной температуре. Второй: без продвинутой спектроскопии это открытие было бы невозможно. Технология, которая развивает исследования во многих областях, я давно писал вам о изучение чтобы люди могли общаться даже в состоянии вынужденного бессознательного состояния.

È здорово, как с помощью этих инструментов можно получить информацию, которая была недоступна предыдущим поколениям учёных. Это не только заставляет нас осознать, что еще так много предстоит открыть, но и что мы можем это открыть.