Ein Forscherteam der Stanford University und der University of Leuven in Belgien hat ein Verfahren weiter perfektioniert, das einen wichtigen Meilenstein in Richtung einer Methanol-Kraftstoffwirtschaft markieren könnte. Angesichts der Fülle an Methan als Rohstoff ist es ein Fortschritt, der die Art und Weise, wie die Welt Erdgas nutzt, grundlegend verändern könnte.
Methanol, der einfachste Alkohol, wird zur Herstellung verschiedener Produkte wie Farben und Kunststoffe sowie als Benzinzusatz verwendet. Methanol ist reich an Wasserstoff und kann Brennstoffzellen der nächsten Generation antreiben, die erhebliche Umweltvorteile bringen könnten.
Ein Umbau, der zur Revolution werden kann
Wenn Erdgas, dessen Hauptbestandteil Methan ist, wirtschaftlich in Methanol umgewandelt werden könnte, wäre das ein echter Coup. Der daraus resultierende Flüssigkraftstoff ließe sich wesentlich einfacher lagern und transportieren als Erdgas und reiner Wasserstoff. Und das würde auch die Methanemissionen aus Erdgasaufbereitungsanlagen und Pipelines deutlich reduzieren.
Heute macht Methan, ein Treibhausgas, das um ein Vielfaches stärker ist als Kohlendioxid, die Umweltvorteile von Erdgas gegenüber Öl und Kohle fast zunichte. Die neue Studie des Teams in der aktuellen Ausgabe von Science ist die neueste, die eine energiearme Methode zur Herstellung von Methanol aus Methan fördert.
„Dieser Prozess verwendet gewöhnliche Kristalle, die als Eisenzeolithe bekannt sind, die dafür bekannt sind, Erdgas bei Raumtemperatur in Methanol umzuwandeln“, erklärt er. Benjamin Snyder, der in Stanford promovierte und Katalysatoren untersuchte, um Schlüsselaspekte dieser Herausforderung anzugehen. "Aber dies ist eine äußerst schwierige Chemie, die auf praktischer Ebene zu erreichen ist, da Methan hartnäckig chemisch inert ist."
Wenn Methan in die infundiert wird Zeolithe von porösem Eisen wird Methanol schnell bei Raumtemperatur ohne zusätzliche Wärme oder Energie hergestellt. Im Vergleich dazu ist das konventionelle industrielle Verfahren zur Herstellung von Methanol aus Methan es erfordert Temperaturen von 1000 ° C (1832 ° F) und extrem hohe Drücke.
Es ist ein wirtschaftlich attraktives Verfahren, aber es ist nicht so einfach. Erhebliche Barrieren verhindern, dass dieser Prozess auf industrielles Niveau gebracht wird.
Edward Solomon, Professor für Chemie und Photonenwissenschaft in Stanford am SLAC National Accelerator Laboratory. Solomon ist der leitende Autor der neuen Studie
Lasse die Zeolithe brennen, um Methanol zu produzieren
Das Problem, das nun der Massendiffusion von Verfahren zur Gewinnung von Methanol bei Raumtemperatur im Wege steht, liegt gerade in den Eisenzeolithen. Leider schalten die meisten von ihnen schnell ab. Mit anderen Worten, der Prozess funktioniert, nimmt aber sehr wenig Zeit in Anspruch.
Daher besteht das nächste Ziel nun darin, die Leistung dieser Silikate zu verbessern. Eine neue Studie, ebenfalls vom Co-Autor entwickelt Hanna Rhoda, ein Stanford-Doktorand in anorganischer Chemie, nutzt fortschrittliche Spektroskopie, um die physikalische Struktur der vielversprechendsten Zeolithe für die Methan-Methanol-Produktion zu untersuchen.
Die entscheidende Frage ist, wie man Methanol erhält, ohne den Katalysator zu zerstören
Hanna RhodaStanford Universität
Die Teamanalyse und der „Käfigeffekt“
Durch die Auswahl von zwei Eisenzeolithen untersuchte das Team die physikalische Struktur ihrer Gitter. Sie fanden heraus, dass die Reaktivität stark von der Größe der Poren in der umgebenden Kristallstruktur abhängt. Das Team nennt dies den "Käfigeffekt", da das einkapselnde Gitter genau wie ein Käfig aussieht.
Sind die Poren in den Käfigen zu groß, wird das aktive Zentrum nach nur einem Reaktionszyklus deaktiviert und nie wieder reaktiviert. Wenn die Porenöffnungen jedoch kleiner sind, koordinieren sie einen präzisen molekularen "Tanz" zwischen den Reaktanten und verlängern die Dauer des Prozesses. Durch die Nutzung dieser Funktion war das Team in der Lage 40% der deaktivierten Seiten wiederholt reaktivieren, ein bedeutender konzeptioneller Fortschritt in Richtung eines katalytischen Prozesses im industriellen Maßstab.
Der Katalysezyklus könnte eines Tages zu einer kontinuierlichen und wirtschaftlichen Herstellung von Methanol aus Erdgas führen
Benjamin SnyderStanford Universität
Der Weg zum Methanolkraftstoff
Es gibt noch viel zu tun, aber es gibt zwei Dinge zu sagen. zuerst: dies ist auf jeden Fall ein grundlegender Fortschritt in der Grundlagenforschung. Weil es Chemikern und Chemieingenieuren helfen wird, den Prozess zu erklären, den Eisenzeolithe verwenden, um Methanol bei Raumtemperatur herzustellen. Zweite: ohne fortschrittliche Spektroskopie wäre diese Entdeckung unmöglich gewesen. Eine Technologie, die in vielen Bereichen die Forschung vorantreibt, über die ich Ihnen vor langer Zeit geschrieben habe eine Studie um es den Menschen zu ermöglichen, auch in einem Zustand erzwungener Bewusstlosigkeit zu kommunizieren.
